Las propiedades de las ondas y las partículas son dos propiedades básicas de la materia en la naturaleza. En el caso de la luz, el debate sobre si es una onda o una partícula se remonta al siglo XVII. Newton estableció una teoría de partículas de la luz relativamente perfecta en su libro.Óptica, lo que hizo que la teoría de las partículas de la luz se convirtiera en la teoría dominante durante casi un siglo. Huygens, Thomas Young, Maxwell y otros creían que la luz era una onda. Hasta principios del siglo XX, Einstein propuso laÓpticaexplicación cuántica de lafotoeléctricoefecto, que hizo que la gente se diera cuenta de que la luz tiene las características de dualidad de onda y partícula. Más tarde, Bohr señaló en su famoso principio de complementariedad que el hecho de que la luz se comporte como una onda o una partícula depende del entorno experimental específico, y que ambas propiedades no pueden observarse simultáneamente en un solo experimento. Sin embargo, después de que John Wheeler propusiera su famoso experimento de selección retardada, basado en su versión cuántica, se ha demostrado teóricamente que la luz puede encarnar simultáneamente un estado de superposición onda-partícula de “ni onda ni partícula, ni onda ni partícula”, y este extraño Este fenómeno se ha observado en un gran número de experimentos. La observación experimental de la superposición de luz onda-partícula desafía el límite tradicional del principio de complementariedad de Bohr y redefine el concepto de dualidad onda-partícula.
En 2013, inspirados en el gato de Cheshire de Alicia en el país de las maravillas, Aharonov et al. propuso la teoría cuántica del gato de Cheshire. Esta teoría revela un fenómeno físico muy novedoso, es decir, el cuerpo del gato de Cheshire (entidad física) puede realizar una separación espacial de su cara sonriente (atributo físico), lo que hace posible la separación del atributo material y la ontología. Luego, los investigadores observaron el fenómeno del gato de Cheshire en sistemas de neutrones y fotones, y además observaron el fenómeno de dos gatos de Cheshire cuánticos intercambiando caras sonrientes.
Recientemente, inspirado por esta teoría, el equipo del profesor Li Chuanfeng de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China, en colaboración con el equipo del profesor Chen Jingling de la Universidad de Nankai, ha realizado la separación de la dualidad onda-partícula deÓptica, es decir, la separación espacial de las propiedades de las ondas de las propiedades de las partículas, mediante el diseño de experimentos utilizando diferentes grados de libertad de los fotones y el uso de técnicas de medición débiles basadas en la evolución del tiempo virtual. Las propiedades ondulatorias y de partículas de los fotones se observan simultáneamente en diferentes regiones.
Los resultados ayudarán a profundizar la comprensión de los conceptos básicos de la mecánica cuántica, la dualidad onda-partícula y el método de medición débil utilizado también proporcionarán ideas para la investigación experimental en la dirección de la medición cuántica de precisión y la comunicación contrafactual.
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Li, JK., Sun, K., Wang, Y. et al. Demostración experimental de la separación de la dualidad onda-partícula de un solo fotón con el gato cuántico de Cheshire. Aplicación de ciencia ligera 12, 18 (2023).
https://doi.org/10.1038/s41377-022-01063-5
Hora de publicación: 25 de diciembre de 2023