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中国科学家挑战“光是什么”

发布时间:2019-09-24 16:21:07 编辑:笔名

9月份的《自然-光子学》封面文章发表了中国科学家首次实现量子惠勒延迟选择实验,挑战 光是什么 的传统界限,并首次实验观察光子的波粒叠加态。

4日,记者从中科大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,丰富了人们对传统玻尔互补原理的理解,挑战 光是什么 的古老科学问题。

光是什么?研究组成员认为,从最初牛顿的粒子说,到惠更斯的波动说,直至爱因斯坦的光量子说,一直众说纷纭。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即对立又互补,一个实验中具体展示哪种属性取决于实验装置。

此前有一种隐变量理论认为,光子有自由意志,实验观察结果可展现其粒子性或波动性。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。

在经典的惠勒延迟选择实验中,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。

英国著名量子物理学家阿迪索教授认为, 该实验挑战了互补原理设定的传统界限,在一个实验装置中展示光子可以在波动和粒子两种行为之间相干地振荡 。《自然-物理》杂志也在 研究高亮 栏目报道了该成果,称它 重新定义了波粒二象性的概念 。

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