Vlnová a časticová vlastnosť sú dve základné vlastnosti hmoty v prírode. V prípade svetla sa debata o tom, či ide o vlnu alebo časticu, vedie už v 17. storočí. Newton vo svojej knihe vytvoril relatívne dokonalú časticovú teóriu svetlaOptika, vďaka čomu sa časticová teória svetla stala hlavnou teóriou takmer na storočie. Huygens, Thomas Young, Maxwell a ďalší verili, že svetlo je vlnenie. Až do začiatku 20. storočia Einstein navrholOptikakvantové vysvetleniefotoelektrickýefekt, ktorý prinútil ľudí uvedomiť si, že svetlo má vlastnosti duality vlny a častice. Bohr neskôr vo svojom slávnom princípe komplementarity poukázal na to, že to, či sa svetlo správa ako vlna alebo častica, závisí od špecifického experimentálneho prostredia a že obe vlastnosti nemožno pozorovať súčasne v jednom experimente. Avšak po tom, čo John Wheeler navrhol svoj slávny experiment s oneskoreným výberom, založený na jeho kvantovej verzii, bolo teoreticky dokázané, že svetlo môže súčasne stelesňovať stav superpozície vlny a častice „ani vlna, ani častica, ani vlna, ani častica“ a tento zvláštny jav bol pozorovaný vo veľkom počte experimentov. Experimentálne pozorovanie superpozície vlny a častice svetla spochybňuje tradičnú hranicu Bohrovho princípu komplementarity a predefinuje koncept duality vlny a častice.
V roku 2013, inšpirovaní mačkou Cheshire z Alice v krajine zázrakov, Aharonov a kol. navrhli kvantovú teóriu mačky Cheshire. Táto teória odhaľuje veľmi nový fyzikálny jav, a to, že telo mačky Cheshire (fyzická entita) dokáže dosiahnuť priestorové oddelenie od svojej usmiatej tváre (fyzikálneho atribútu), čo umožňuje oddelenie materiálneho atribútu a ontológie. Výskumníci potom pozorovali jav mačky Cheshire v neutrónových aj fotónových systémoch a ďalej pozorovali jav dvoch kvantových mačiek Cheshire, ktoré si vymieňajú usmievavé tváre.
Nedávno, inšpirovaný touto teóriou, tím profesora Li Chuanfenga z Univerzity vedy a techniky v Číne v spolupráci s tímom profesora Chen Jinglinga z Univerzity Nankai realizoval oddelenie duality vln a častícOptika, teda priestorové oddelenie vlnových vlastností od vlastností častíc, navrhovaním experimentov s použitím rôznych stupňov voľnosti fotónov a použitím slabých meracích techník založených na evolúcii virtuálneho času. Vlnové a časticové vlastnosti fotónov sa pozorujú súčasne v rôznych oblastiach.
Výsledky pomôžu prehĺbiť pochopenie základného konceptu kvantovej mechaniky, duality vln a častíc a použitej metódy slabého merania, čo tiež poskytne nápady pre experimentálny výskum v smere kvantovo presného merania a kontrafaktuálnej komunikácie.
informácie na papieri
Li, JK., Sun, K., Wang, Y. a kol. Experimentálna demonštrácia oddelenia vlnovo-časticovej duality jedného fotónu pomocou kvantovej Cheshire Cat. Light Sci Appl 12, 18 (2023).
https://doi.org/10.1038/s41377-022-01063-5
Čas uverejnenia: 25. decembra 2023