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量子光学器件

量子光学器件

在光子实验中发现的超现实行为

26 Feb 2016 哈米什约翰斯顿
通过一个双重狭缝的光的例证
弱势的力量:2011年物理学家在没有遗漏干扰的情况下在双层实验中获得了有关光子路径的信息(礼貌:CC由Timm Weitkampf)

通过研究光子如何穿过双层狭缝,加拿大的物理学家现在表明了一些光子遵循“surreal trajectories”似乎违反了物理定律。然而,在接近检查时,实验表明,可以使用量子缠结原理来解释这些流氓光子的行为。这项工作已根据量子力学的替代解释解决了一项25岁的辩论。

在量子力学的传统解释中,颗粒的运动由波函数限定,该波函数使颗粒在一定时间内处于某个位置的概率。不确定性原理意味着颗粒的精确测量’在特定时间的位置将导致其当时的动量的巨大不确定性 - 反之亦然。结果,在量子力学中,在对象之后的唯一路径感应的轨迹的概念不存在。

1952年 David Bohm 提出了对量子力学的替代解释,其中粒子遵循由a引导的轨迹“pilot”波函数。量子力学的概率性质是从粒子的初始条件未知的事实中产生 - 这是内置于试验波函数中的。例如,精确地测量Bohmian颗粒的位置会改变波函数,使得同时测量颗粒’S势头必须在不确定原则的范围内。

超现实路径

1992年 Berthold-Georg Englert 同事们认为,在某些情况下 - 例如当粒子通过双层狭缝时 - 一些博姆米亚轨迹藐视解释。配音“surreal trajectories”,他们的断言引发了量子物理社区的争论,以及博姆的有效性’S型量子力学方法。现在, Aephraim Steinberg 多伦多大学的同事们测得超现实的轨迹,并表明它们与量子理论一致。

该团队使用了一种呼叫技术“weak measurement”追踪光子通过双狭缝拍摄的一组轨迹。该技术涉及温和地探测光子的运动方向,以建立通过设备通过光子拍摄的可能路线的理解。至关重要的是,每个测量都很温柔地,它对导频波函数没有显着影响。 (看“赞美弱点“).

他们的“double-slit”实验开始于生产一对光子,其在它们的极化方面缠结。然后将光子-1送入偏振分束器,其产生两个平行光束 - 具有水平极化的一个平行光束,另一个具有垂直极化。

微小的班次

研究人员在从狭缝出现后,对光子-1的横向速度进行了弱测量。这是通过通过光子通过方解石晶体通过光子来完成的,这导致其极化的微小偏移,这与其横向速度成比例。使用聚焦光学器件,该团队能够测量不同位置的横向速度,因为光子在约5米的距离上行进。使用此信息,Steinberg和同事能够建立一组由光子拍摄的轨迹。

因为光子-1和光子-2被缠结,所以光子-2的偏振的测量将揭示哪个狭缝光子-1通过。然而,当斯坦伯格和同事看着一套应该通过下狭缝的光子-1轨迹(根据Photon-2’S偏振),他们发现一些轨迹似乎已经通过上狭缝拍摄了光子-1 - 反之亦然。这些是Englert和同事预测的超现实轨迹。

然而,更接近数据的检查表明,这种明显的超现实主义依赖于轨迹的位置进行测量。实际上,Steinberg和同事鉴定了光子-1从下狭缝的轨迹开始的病例,但是向上旋转到似乎来自上狭缝的轨迹中。使用称为量子型断层扫描的技术,它们能够在该转变期间监测光子-2的偏振,并且看到其值从水平(表示下狭缝)旋转到垂直(表示上狭缝)。结果,在轨迹末端的光子-2上的测量给出了“wrong” slit.

生动的插图

Steinberg和同事认为光子’S转弯是由于速度干扰,当它们从狭缝中出现时发生。除了解决超现实轨迹问题,实验还提供了一种缠绕粒子的性质的生动插图 - 光子-2的极化 - 可以受到远方伴侣的轨迹的影响。

Rainer Kaltenbaek 在维也纳大学描述了这项工作“一个美丽的实验,挑战我们的日常思考”. He adds that it “说明了量子纠缠为Bohmians姿势的核心问题之一”.

实验描述于 科学推进.

版权©2021由IOP Publishing Ltd和个人贡献者