Les propriétés ondulatoires et particulaires sont deux propriétés fondamentales de la matière dans la nature. Dans le cas de la lumière, le débat sur sa nature ondulatoire ou particulaire remonte au XVIIe siècle. Newton a établi une théorie particulaire de la lumière relativement parfaite dans son livre.Optique, qui a fait de la théorie particulaire de la lumière la théorie dominante pendant près d'un siècle. Huygens, Thomas Young, Maxwell et d'autres pensaient que la lumière était une onde. Jusqu'au début du XXe siècle, Einstein a proposé la théorieOptiqueexplication quantique de laphoto-électriqueCet effet a permis de comprendre que la lumière possède les caractéristiques d'une dualité onde-particule. Bohr a plus tard souligné, dans son célèbre principe de complémentarité, que le comportement de la lumière comme une onde ou une particule dépend de l'environnement expérimental spécifique, et que les deux propriétés ne peuvent être observées simultanément dans une même expérience. Cependant, après que John Wheeler a proposé sa célèbre expérience de sélection retardée, basée sur sa version quantique, il a été théoriquement prouvé que la lumière peut incarner simultanément un état de superposition onde-particule « ni onde ni particule, ni onde ni particule », et cet étrange phénomène a été observé dans de nombreuses expériences. L'observation expérimentale de la superposition onde-particule de la lumière remet en question les limites traditionnelles du principe de complémentarité de Bohr et redéfinit le concept de dualité onde-particule.
En 2013, inspirés par le chat du Cheshire dans Alice au pays des merveilles, Aharonov et al. ont proposé la théorie quantique du chat du Cheshire. Cette théorie révèle un phénomène physique très inédit : le corps du chat du Cheshire (entité physique) peut réaliser une séparation spatiale de son visage souriant (attribut physique), ce qui rend possible la séparation entre attribut matériel et ontologie. Les chercheurs ont ensuite observé le phénomène du chat du Cheshire dans des systèmes à neutrons et à photons, ainsi que le phénomène de deux chats du Cheshire quantiques échangeant des visages souriants.
Récemment, inspirée par cette théorie, l'équipe du professeur Li Chuanfeng de l'Université des sciences et technologies de Chine, en collaboration avec l'équipe du professeur Chen Jingling de l'Université de Nankai, a réalisé la séparation de la dualité onde-particule deOptique, c'est-à-dire la séparation spatiale des propriétés ondulatoires et particulaires, en concevant des expériences utilisant différents degrés de liberté des photons et en utilisant des techniques de mesure faibles basées sur l'évolution temporelle virtuelle. Les propriétés ondulatoires et particulaires des photons sont observées simultanément dans différentes régions.
Les résultats aideront à approfondir la compréhension du concept de base de la mécanique quantique, de la dualité onde-particule, et la méthode de mesure faible utilisée fournira également des idées pour la recherche expérimentale dans le sens de la mesure de précision quantique et de la communication contrefactuelle.
| informations sur le papier |
Li, JK., Sun, K., Wang, Y. et al. Démonstration expérimentale de la séparation de la dualité onde-particule d'un seul photon avec le chat quantique de Cheshire. Light Sci Appl 12, 18 (2023).
https://doi.org/10.1038/s41377-022-01063-5
Date de publication : 25 décembre 2023