הפרדה נסיונית של דואליות גל-חלקיק

תכונת גל וחלקיקים הן שתי תכונות בסיסיות של החומר בטבע. במקרה של אור, הוויכוח בשאלה אם זה גל או חלקיק מתחיל במאה ה-17. ניוטון קבע בספרו תורת חלקיקים מושלמת יחסית של האוראוֹפְּטִיקָה, מה שגרם לתורת החלקיקים של האור להפוך לתיאוריית הזרם המרכזי במשך כמעט מאה שנה. הויגנס, תומס יאנג, מקסוול ואחרים האמינו שאור הוא גל. עד תחילת המאה ה-20, איינשטיין הציע אתאוֹפְּטִיקָההסבר קוונטי שלפוטואלקטריאפקט, שגרם לאנשים להבין שלאור יש מאפיינים של דואליות גלים וחלקיקים. מאוחר יותר ציין בוהר בעקרון ההשלמה המפורסם שלו שהאם האור מתנהג כגל או כחלקיק תלוי בסביבת הניסוי הספציפית, וכי לא ניתן לצפות בשתי התכונות בו-זמנית בניסוי בודד. עם זאת, לאחר שג'ון ווילר הציע את ניסוי הבחירה המושהית המפורסם שלו, בהתבסס על הגרסה הקוונטית שלו, הוכח תיאורטית שאור יכול לגלם בו-זמנית מצב סופרפוזיציה של גל-חלקיק של "לא גל ולא חלקיק, לא גל ולא חלקיק", וזה מוזר. התופעה נצפתה במספר רב של ניסויים. התצפית הניסיונית בסופרפוזיציה של גל-חלקיקי אור מאתגרת את הגבול המסורתי של עקרון ההשלמה של בוהר ומגדירה מחדש את המושג של דואליות גל-חלקיקי.

בשנת 2013, בהשראת חתול הצ'שייר באליס בארץ הפלאות, אהרונוב וחב'. הציע את תורת החתול הקוונטית של צ'שייר. תיאוריה זו חושפת תופעה פיזיקלית חדשה מאוד, כלומר, הגוף של חתול הצ'שייר (ישות פיזית) יכול לממש הפרדה מרחבית מפרצוף הסמיילי שלו (תכונה פיזית), מה שמאפשר את ההפרדה בין תכונה חומרית ואונטולוגיה. לאחר מכן צפו החוקרים בתופעת חתול צ'שייר הן במערכות נויטרונים והן בפוטונים, ובהמשך צפו בתופעה של שני חתולי צ'שייר קוונטיים המחליפים פרצופים מחייכים.

לאחרונה, בהשראת תיאוריה זו, הבין הצוות של פרופסור לי צ'ואנפנג באוניברסיטת המדע והטכנולוגיה של סין, בשיתוף הצוות של פרופסור צ'ן ג'ינגלינג באוניברסיטת ננקאי, את ההפרדה בין דואליות הגל-חלקיקי שלאוֹפְּטִיקָה, כלומר, הפרדה מרחבית של תכונות גל מתכונות חלקיקים, על ידי תכנון ניסויים תוך שימוש בדרגות חופש שונות של פוטונים ושימוש בטכניקות מדידה חלשות המבוססות על התפתחות זמן וירטואלית. תכונות הגל ותכונות החלקיקים של פוטונים נצפות בו זמנית באזורים שונים.

התוצאות יעזרו להעמיק את ההבנה של המושג הבסיסי של מכניקת הקוונטים, דואליות גל-חלקיק, ושיטת המדידה החלשה בה נעשה שימוש תספק גם רעיונות למחקר הניסיוני בכיוון של מדידת דיוק קוונטית ותקשורת נגדית.

| מידע על נייר |

Li, JK., Sun, K., Wang, Y. et al. הדגמה נסיונית של הפרדת דואליות הגל-חלקיקים של פוטון בודד עם החתול הקוונטי של צ'שייר. Light Sci Appl 12, 18 (2023).

https://doi.org/10.1038/s41377-022-01063-5