Tính chất sóng và hạt là hai tính chất cơ bản của vật chất trong tự nhiên. Trong trường hợp của ánh sáng, cuộc tranh luận về việc liệu nó là sóng hay hạt có từ thế kỷ 17. Newton đã thiết lập một lý thuyết hạt tương đối hoàn hảo về ánh sáng trong cuốn sách của mìnhQuang học, khiến cho thuyết hạt ánh sáng trở thành thuyết chính thống 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 là lưỡng tính sóng và hạt. Bohr sau đó đã chỉ ra trong nguyên lý bổ sung nổi tiếng của mình rằng việc ánh sáng có hành xử như sóng hay 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 được 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 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 tiết 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 khỏi khuôn mặt cười của nó (thuộc tính vật lý), điều này làm cho sự tách biệt giữa thuộc tính vật chất và bản thể trở nên khả thi. Sau đó, các nhà nghiên cứu đã quan sát hiện tượng mèo Cheshire trong cả hệ thống neutron và photon, và tiếp tục quan sát 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 của các đặc tính sóng khỏi các 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 yếu dựa trên sự tiến hóa thời gian ảo. Các đặc tính sóng và đặc tính hạt của photon được quan sát đồng thời ở các vùng khác nhau.
Các 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. et al. Thí nghiệm chứng minh việc tách lưỡng tính sóng-hạt của một photon đơn lẻ bằng con 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