파동과 입자는 자연에서 물질의 두 가지 기본 속성입니다. 빛의 경우, 그것이 파동인지 입자인지에 대한 논쟁은 17세기로 거슬러 올라갑니다. 뉴턴은 그의 저서에서 빛의 비교적 완벽한 입자 이론을 확립했습니다.광학이로 인해 빛의 입자설이 거의 한 세기 동안 주류 이론으로 자리 잡았습니다. 하위헌스, 토마스 영, 맥스웰 등은 빛이 파동이라고 믿었습니다. 20세기 초까지 아인슈타인은광학양자 설명광전이 효과는 사람들이 빛이 파동과 입자의 이중성을 가지고 있음을 깨닫게 했습니다. 보어는 나중에 그의 유명한 상보성 원리에서 빛이 파동인지 입자인지는 특정 실험 환경에 따라 달라지며, 단일 실험에서 두 속성을 동시에 관찰할 수 없다는 것을 지적했습니다. 그러나 존 휠러가 양자 버전을 기반으로 유명한 지연 선택 실험을 제안한 후, 빛은 "파동도 입자도 아니고, 파동도 입자도 아닌" 파동-입자 중첩 상태를 동시에 구현할 수 있음이 이론적으로 증명되었으며, 이 이상한 현상은 수많은 실험에서 관찰되었습니다. 빛의 파동-입자 중첩에 대한 실험적 관찰은 보어의 상보성 원리의 전통적인 경계에 도전하고 파동-입자 이중성 개념을 재정의합니다.
2013년, 아하로노프 외 연구진은 이상한 나라의 앨리스에 나오는 체셔 고양이에서 영감을 받아 양자 체셔 고양이 이론을 제안했습니다. 이 이론은 매우 새로운 물리 현상을 보여줍니다. 즉, 체셔 고양이의 몸(물리적 실체)이 웃는 얼굴(물리적 속성)과 공간적으로 분리될 수 있으며, 이를 통해 물질적 속성과 존재론의 분리가 가능하다는 것입니다. 연구진은 중성자계와 광자계 모두에서 체셔 고양이 현상을 관찰했고, 나아가 두 마리의 양자 체셔 고양이가 웃는 얼굴을 교환하는 현상을 관찰했습니다.
최근 이 이론에 영감을 받아 중국 과학기술대학의 Li Chuanfeng 교수 팀은 난카이 대학의 Chen Jingling 교수 팀과 협력하여 파동-입자 이중성의 분리를 실현했습니다.광학즉, 광자의 다양한 자유도를 활용하여 실험을 설계하고 가상 시간 진화에 기반한 약한 측정 기법을 사용하여 파동 특성과 입자 특성을 공간적으로 분리하는 것입니다. 광자의 파동 특성과 입자 특성은 서로 다른 영역에서 동시에 관찰됩니다.
이러한 연구 결과는 양자역학의 기본 개념, 파동-입자 이중성에 대한 이해를 심화시키는 데 도움이 될 것이며, 사용된 약한 측정 방법은 양자 정밀 측정 및 반사실적 의사소통을 향한 실험 연구에 대한 아이디어를 제공할 것입니다.
| 논문 정보 |
Li, JK., Sun, K., Wang, Y. 외. 양자 체셔 고양이를 이용한 단일 광자의 파동-입자 이중성 분리 실험. Light Sci Appl 12, 18 (2023).
https://doi.org/10.1038/s41377-022-01063-5
게시 시간: 2023년 12월 25일