波動と粒子の性質は、自然界の物質の 2 つの基本的な性質です。光の場合、それが波なのか粒子なのかという議論は 17 世紀にまで遡ります。ニュートンは著書の中で比較的完璧な光の粒子理論を確立しました光学、これにより、光の粒子理論は1世紀近くにわたって主流の理論になりました。ホイヘンス、トーマス・ヤング、マクスウェルらは、光は波であると信じていました。20世紀初頭まで、アインシュタインは次のように提案しました。光学の量子的説明光電この効果は、光が波と粒子の二重性の特性を持っていることを人々に認識させました。ボーアは後に、有名な相補性原理の中で、光が波として振る舞うか粒子として振る舞うかは特定の実験環境に依存し、単一の実験で両方の性質を同時に観察することはできないと指摘しました。しかし、ジョン・ウィーラーがその量子バージョンに基づいた有名な遅延選択実験を提案した後、光は「波でも粒子でもない、波でも粒子でもない」という波と粒子の重ね合わせ状態を同時に体現できることが理論的に証明されており、この奇妙な現象はという現象が数多くの実験で観察されています。光の波動粒子の重ね合わせの実験的観察は、ボーアの相補性原理の伝統的な境界に挑戦し、波動粒子の二重性の概念を再定義します。
2013 年、アハロノフらは、『不思議の国のアリス』のチェシャ猫にインスピレーションを得て、量子チェシャ猫理論を提唱しました。この理論は、チェシャ猫の体（物理的実体）がその笑顔（物理的属性）から空間的分離を実現することができ、それによって物質的属性と存在論の分離が可能になるという、非常に斬新な物理現象を明らかにする。研究者らはその後、中性子系と光子系の両方でチェシャ猫現象を観察し、さらに2匹の量子チェシャ猫が笑顔を交わす現象を観察した。
最近、この理論に触発されて、中国科学技術大学のLi Chuanfeng教授のチームは、南開大学のChen Jingling教授のチームと協力して、波動と粒子の二重性の分離を実現しました。光学つまり、光子の異なる自由度を使用した実験を設計し、仮想時間発展に基づいた弱い測定技術を使用することにより、波動特性を粒子特性から空間的に分離します。光子の波動特性と粒子特性が異なる領域で同時に観測されます。
この結果は、量子力学の基本概念である波動と粒子の双対性についての理解を深めるのに役立ち、また、使用された微弱測定法は、量子精密測定や反事実コミュニケーションの方向での実験研究にアイデアを提供するでしょう。
|論文情報 |
Li, JK.、Sun, K.、Wang, Y. 他量子チェシャ猫を使って単一光子の波動と粒子の二重性を分離する実験的デモンストレーション。Light Sci Appl 12、18 (2023)。
https://doi.org/10.1038/s41377-022-01063-5
投稿日時: 2023 年 12 月 25 日