Tính chất sóng và tính chất hạt là hai tính chất cơ bản của vật chất trong tự nhiên. Trong trường hợp của ánh sáng, cuộc tranh luận về việc nó là sóng hay hạt đã bắt đầu từ thế kỷ 17. Newton đã thiết lập một lý thuyết hạt tương đối hoàn hảo về ánh sáng trong cuốn sách của ông.Quang học, điều này đã khiến thuyết hạt ánh sáng trở thành lý thuyết chủ đạo trong gần một thế kỷ. Huygens, Thomas Young, Maxwell và những người khác tin rằng ánh sáng là sóng. Cho đến đầu thế kỷ 20, Einstein đã đề xuấtQuang họcgiải thích lượng tử củaquang điệnhiệu ứng, khiến mọi người nhận ra rằng ánh sáng có đặc điểm của lưỡng tính sóng và hạt. Sau đó, Bohr đã chỉ ra trong nguyên lý bổ sung nổi tiếng của mình rằng việc ánh sáng hoạt động như một sóng hay một hạt phụ thuộc vào môi trường thực nghiệm cụ thể và cả hai đặc tính không thể được quan sát đồng thời trong một thí nghiệm duy nhất. Tuy nhiên, sau khi John Wheeler đề xuất thí nghiệm chọn lọc trễ nổi tiếng của mình, dựa trên phiên bản lượng tử của nó, người ta đã chứng minh về mặt lý thuyết rằng ánh sáng có thể đồng thời thể hiện trạng thái chồng chập sóng-hạt "không phải sóng cũng không phải hạt, không phải sóng cũng không phải hạt", và hiện tượng kỳ lạ này đã được quan sát thấy trong một số lượng lớn các thí nghiệm. Việc quan sát thực nghiệm về sự chồng chập sóng-hạt của ánh sáng thách thức ranh giới truyền thống của nguyên lý bổ sung của Bohr và định nghĩa lại khái niệm lưỡng tính sóng-hạt.
Năm 2013, lấy cảm hứng từ chú mèo Cheshire trong Alice ở xứ sở thần tiên, Aharonov và cộng sự đã đề xuất lý thuyết mèo Cheshire lượng tử. Lý thuyết này hé lộ một hiện tượng vật lý rất mới lạ, đó là cơ thể mèo Cheshire (thực thể vật lý) có thể nhận ra sự tách biệt không gian với khuôn mặt cười (thuộc tính vật lý) của nó, giúp việc tách biệt thuộc tính vật chất và bản thể luận trở nên khả thi. Sau đó, các nhà nghiên cứu đã quan sát hiện tượng mèo Cheshire trong cả hệ neutron và hệ photon, và quan sát thêm hiện tượng hai chú mèo Cheshire lượng tử trao đổi khuôn mặt cười.
Gần đây, lấy cảm hứng từ lý thuyết này, nhóm của Giáo sư Li Chuanfeng tại Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Quốc, hợp tác với nhóm của Giáo sư Chen Jingling tại Đại học Nam Khai, đã hiện thực hóa được sự tách biệt của lưỡng tính sóng-hạt củaQuang học, tức là sự tách biệt không gian giữa các đặc tính sóng và đặc tính hạt, bằng cách thiết kế các thí nghiệm sử dụng các bậc tự do khác nhau của photon và sử dụng các kỹ thuật đo lường yếu dựa trên sự tiến hóa theo thời gian ảo. Các đặc tính sóng và đặc tính hạt của photon được quan sát đồng thời ở các vùng khác nhau.
Kết quả sẽ giúp hiểu sâu hơn về khái niệm cơ bản của cơ học lượng tử, lưỡng tính sóng-hạt và phương pháp đo yếu được sử dụng cũng sẽ cung cấp ý tưởng cho nghiên cứu thực nghiệm theo hướng đo lường chính xác lượng tử và giao tiếp phản thực tế.
| thông tin giấy tờ |
Li, JK., Sun, K., Wang, Y. và cộng sự. Trình diễn thực nghiệm về việc tách lưỡng tính sóng-hạt của một photon đơn lẻ bằng mèo Cheshire lượng tử. Light Sci Appl 12, 18 (2023).
https://doi.org/10.1038/s41377-022-01063-5
Thời gian đăng: 25-12-2023