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2024-04-24 18:20

研究人员观察到两个光子的波粒二象性

Researchers have observed the wave-particle duality of two photons

理解量子物体行为的本质是合理描述量子世界的前提。根据是否能产生干涉,量子物体被赋予波和粒子的双重特征,即所谓波粒二象性(WPD),一般在玻尔互补原理意义上的所谓互斥实验安排中观察到。

理论物理学家约翰·惠勒(John Wheeler)在20世纪80年代提出了延迟选择实验,指出用于观察光子的方法最终将决定它们的行为是像粒子还是像波。

2011年,Ionicioiu和Terno提出了延迟选择实验的量子版本,通过改变辅助装置的控制参数,光子可以被强制进入粒子和波的叠加状态,并在两者之间表现出连续的变形。

在最近发表在《物理评论a》上的一项研究中,我们开发了一个理论并进行了实验,以研究单光子和双光子作为波或粒子的双重行为,依赖于图1所示的示意图和图2所示的详细设置。

Researchers have observed the wave-particle duality of two photons

通过使用我们提出的装置,我们能够通过调整单个经典控制参数α来观察一个光子或两个光子的纯波或纯粒子或波-粒子叠加行为,该参数与我们添加到马赫-曾达干涉仪中的分束器的反射率成正比。

我们发现,波粒叠加态下的一个光子和两个光子的波长与纯波态下的波长保持一致。双光子情况下的干涉可见性总是低于单光子情况。所有的实验结果与理论预测完全一致,证明了我们所提出的设置的相关性。

我们的延迟选择实验方案采用与设备无关的准备和测量场景来测试纯经典控制的隐变量模型。我们计算了相应的维数见证,揭示了线性维数见证在一定参数范围内的违背,证明了隐变量模型的不可行性。虽然在这项工作中我们考虑了光子,但类似的结果也适用于物质粒子。

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