我學者實現光的波粒二象性可控疊加

最新發現與創新

科技日報南京9月3日電 （金鳳 通訊員齊琦）3日，記者從南京大學獲悉，最新一期的自然雜誌子刊《自然⋅光子學》發表了該校物理學院馬小松教授團隊的研究成果——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歷了幾個世紀。20世紀在量子物理的建立過程中，人們發現了光的波粒二象性，即光既是粒子，也是波，處于波與粒子的疊加態。

那麼，是否可以找到某些控制手段，讓單個光子按照需要僅表現為粒子，或者僅表現為波？由物理學家約翰⋅惠勒提出的延遲選擇實驗顯示，一個外部的觀測者可以通過對實驗裝置中一個光學元件的操控，來主動選擇單個光子表現出波動性還是粒子性，甚至在光子進入實驗裝置之後再做選擇，選擇依然是有效的。

馬小松說，他們此次發表的成果，是在惠勒延遲選擇實驗的基礎上，提出並展示了一個新的非局域量子延遲選擇實驗。

在該實驗中，團隊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控在波動性與粒子性之間切換的實驗主體光子。為了實現嚴格的非局域量子控制，控制單元遠離實驗主體單元,也就是要滿足物理學家所說的所謂「愛因斯坦局域性」條件。

「要實現『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驗儀器。我們的光學儀器分布在校園內的兩個實驗室中，光信號與電信號的時序經過了精確的設置。」文章第一作者王凱說，該實驗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—粒的量子疊加態是可調控的，這為量子光學和量子信息處理的發展提供了新方法。