Las propiedades de onda y partícula 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 libroÓptica, lo que hizo que la teoría corpuscular 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 lafotoeléctricoEste efecto permitió comprender que la luz posee las características de la dualidad onda-partícula. Posteriormente, Bohr señaló en su famoso principio de complementariedad que el comportamiento de la luz como onda o partícula depende del entorno experimental específico, y que ambas propiedades no pueden observarse simultáneamente en un solo experimento. Sin embargo, tras la propuesta de John Wheeler de su famoso experimento de selección retardada, basado en su versión cuántica, se ha demostrado teóricamente que la luz puede manifestar simultáneamente un estado de superposición onda-partícula, es decir, «ni onda ni partícula, ni onda ni partícula». Este extraño fenómeno se ha observado en numerosos experimentos. La observación experimental de la superposición onda-partícula de la luz desafía los límites tradicionales del principio de complementariedad de Bohr y redefine el concepto de dualidad onda-partícula.
En 2013, inspirados por el gato de Cheshire de Alicia en el País de las Maravillas, Aharonov et al. propusieron la teoría del gato de Cheshire cuántico. Esta teoría revela un fenómeno físico muy novedoso: el cuerpo del gato de Cheshire (entidad física) puede separarse espacialmente de su cara sonriente (atributo físico), lo que posibilita la separación entre atributo material y ontología. Posteriormente, los investigadores observaron el fenómeno del gato de Cheshire en sistemas de neutrones y fotones, y observaron además el fenómeno de dos gatos de Cheshire cuánticos intercambiando caras sonrientes.
Recientemente, inspirados por esta teoría, el equipo del profesor Li Chuanfeng en la Universidad de Ciencia y Tecnología de China, en colaboración con el equipo del profesor Chen Jingling en la Universidad de Nankai, ha logrado la separación de la dualidad onda-partícula deÓpticaEs decir, la separación espacial de las propiedades de onda y de partícula, mediante el diseño de experimentos que utilizan distintos grados de libertad de los fotones y técnicas de medición débiles basadas en la evolución temporal virtual. Las propiedades de onda y de partícula de los fotones se observan simultáneamente en diferentes regiones.
Los resultados ayudarán a profundizar en la comprensión del concepto básico de la mecánica cuántica, la dualidad onda-partícula, y el método de medición débil utilizado también proporcionará ideas para la investigación experimental en la dirección de la medición de precisión cuántica 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 de Cheshire cuántico. Light Sci Appl 12, 18 (2023).
https://doi.org/10.1038/s41377-022-01063-5
Fecha de publicación: 25 de diciembre de 2023