中国科大研究成果重新定义波粒二象性概念

从中国科学技术大学郭光灿院士领导的中科院量子信息重点实验室获悉，该实验室李传锋研究组首次实现了量子惠勒延迟选择实验，制备出了光的波-粒叠加状态。研究成果作为封面文章发表在9月份的《自然—光子学》上。 RZe#|k+ 8  
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    现在对光的理解可归结为玻尔的互补原理，即光具有波粒二象性，波动性和粒子性这两种属性既对立又互补，一个实验中具体展示哪种属性取决于实验装置。比如在由两块分束器构成的马赫-曾德干涉仪中，单个光子被第一个分束器分到两个路径上，传播一段距离后重合。如果在重合点加入第二个分束器，则构成干涉仪，观测到波动性；如果不加第二个分束器，观测到的是粒子性。 9,w}Xe=C  
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    马赫-曾德干涉实验可以用量子力学解释。然而有一种隐变量理论认为，光子有自由意志，在进入干涉仪之前光子就察觉到有没有第二个分束器，并根据观察结果决定经过第一个分束器的方式，从而展现粒子性或波动性。为了检验这种隐变量理论和量子力学谁是谁非，玻尔的学生惠勒于1978年提出了著名的延迟选择实验，即实验者等到光子已经完全经过第一个分束器之后，再选择加不加第二个分束器。 h
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    在经典的惠勒延迟选择实验中，加与不加第二个分束器不能同时进行，因此光的波动性和粒子性不能够同时展现出来。李传锋研究组设计出一种量子实验装置，巧妙地利用光子的偏振比特作为辅助，使测量装置处于量子叠加态，能同时探测光子的波动性与粒子性，从而实现了量子的惠勒延迟选择实验。该实验排除了光子有自由意志的假设，并首次观测到波与粒子的叠加状态，处于这种叠加态的光子，既不像粒子态那样没有干涉条纹，也不像波动态那样表现出正弦形干涉条纹，而是呈现出锯齿形条纹这样一种“非波非粒，亦波亦粒”的表现形式。