我國學(xué)者實(shí)現(xiàn)光的波粒二象性可控疊加 相關(guān)研究成果發(fā)表在《自然·光子學(xué)》

3日，記者從南京大學(xué)獲悉，最新一期的自然雜志子刊《自然·光子學(xué)》發(fā)表了該校物理學(xué)院馬小松教授團(tuán)隊(duì)的研究成果——首次演示了單光子波動性和粒子性的非局域可控疊加。

光究竟是粒子還是波的爭論經(jīng)歷了幾個世紀(jì)。20世紀(jì)在量子物理的建立過程中，人們發(fā)現(xiàn)了光的波粒二象性，即光既是粒子，也是波，處于波與粒子的疊加態(tài)。

那么，是否可以找到某些控制手段，讓單個光子按照需要僅表現(xiàn)為粒子，或者僅表現(xiàn)為波?由物理學(xué)家約翰·惠勒提出的延遲選擇實(shí)驗(yàn)顯示，一個外部的觀測者可以通過對實(shí)驗(yàn)裝置中一個光學(xué)元件的操控，來主動選擇單個光子表現(xiàn)出波動性還是粒子性，甚至在光子進(jìn)入實(shí)驗(yàn)裝置之后再做選擇，選擇依然是有效的。

馬小松說，他們此次發(fā)表的成果，是在惠勒延遲選擇實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，提出并展示了一個新的非局域量子延遲選擇實(shí)驗(yàn)。

在該實(shí)驗(yàn)中，團(tuán)隊(duì)使用了另外一對糾纏光子作為控制單元，利用糾纏光子對去調(diào)控在波動性與粒子性之間切換的實(shí)驗(yàn)主體光子。為了實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格的非局域量子控制，控制單元遠(yuǎn)離實(shí)驗(yàn)主體單元,也就是要滿足物理學(xué)家所說的所謂“愛因斯坦局域性”條件。

“要實(shí)現(xiàn)‘愛因斯坦局域性’條件，我們需要在空間與時間上都能精確控制實(shí)驗(yàn)儀器。我們的光學(xué)儀器分布在校園內(nèi)的兩個實(shí)驗(yàn)室中，光信號與電信號的時序經(jīng)過了精確的設(shè)置。”文章第一作者王凱說，該實(shí)驗(yàn)不但證明了光可以同時處于波動性或粒子性的量子疊加，而且還證明了這種波—粒的量子疊加態(tài)是可調(diào)控的，這為量子光學(xué)和量子信息處理的發(fā)展提供了新方法。