Kvantmekanik är en pelare i modern vetenskap och teknik, och har gynnat det mänskliga samhället i ett sekel. Vågfunktionen, även känd som kvanttillståndet, är beskrivningen av ett kvantobjekt och spelar en central roll inom kvantmekaniken. Ändå, vågfunktionens art diskuteras fortfarande. Än så länge, det har förekommit flera tolkningar av vågfunktionen, inklusive tolkningen av Köpenhamn, De Broglies pilotvågstolkning, och mångvärldstolkningen.

Bland dem, Köpenhamnstolkningen dominerar. Den behandlar vågfunktionen bara som en komplex sannolikhetsamplitud som används för att beräkna sannolikheten för att hitta kvantobjektet på en given plats. I detta fall, vågfunktionen är ett rent matematiskt verktyg, och därför endast ska ge kunskap om fenomen. Dock, Köpenhamnstolkningen kan inte beskriva kvantobjektets verkliga existens. Därav, att utforska vågfunktionens natur är av grundläggande betydelse för att låsa upp den mystiska kvantvärlden.

I en nyligen genomförd studie, en realistisk tolkning (REIN) för vågfunktionen föreslogs av Gui-Lu Long, en forskare vid Institutionen för fysik, Tsinghua-universitetet, i den kinesiska staden Peking. REIN säger att vågfunktionen för ett kvanteobjekt är ett faktiskt tillstånd snarare än en ren matematisk beskrivning - med andra ord, kvanteobjektet i rymden existerar i form av vågfunktionen. För att demonstrera detta, Gui-Lu Long och hans medarbetare, Wei Qin, Zhe Yang och Jun-Lin Li, även från Institutionen för fysik, Tsinghua-universitetet, utformat ett möte-försenat val-experiment och experimentellt genomfört schemat. Den här studien, med titeln "Realistisk tolkning av kvantmekanik och experiment med möten försenad val, " har publicerats i Science China Physics, Mekanik och astronomi .

Forskarna visade att ett kvant- eller mikroskopiskt föremål sträcker sig ut i rymden eller till och med, i vissa fall, i osammanhängande områden i rymden, med amplitud och fas. Kvadraten på vågfunktionens modul representerar den rumsliga fördelningen av kvantobjektet. Vid mätning, det rymdfyllande kvanteobjektet kommer, enligt mätpostulatet i kvantmekanik, kollapsa omedelbart. I detta fall, objektet beter sig som en partikel. På grund av förekomsten av en fas, interferensen mellan två koherenta vågfunktioner kan uppstå när de möter. Följaktligen, den resulterande vågfunktionen kommer att förändras olika på olika platser:Vissa förstärks på grund av konstruktiv störning, medan vissa andra avbryts på grund av destruktiv störning. Detta ändrar den rumsliga fördelningen av kvanteobjektet. I detta fall, objektet beter sig som en våg.

En bra demonstration av experimentet med fördröjt val ges av en tvåvägsinterferometer, Mach-Zehnder-interferometern (MZI). Vår diskussion är begränsad till fallet där en enda foton riktas till MZI följt av två detektorer. Enligt det traditionella perspektivet, karaktären hos den enda fotonen inuti MZI beror på om den andra BS:n är på plats eller inte. Om den andra BS saknas, den enda fotonen färdas sedan längs bara en arm, visar partikelns natur.

Tvärtom, när forskarna satte in den andra BS, den enda fotonen färdades längs båda armarna, visar vågnaturen. Dock, i REIN, den första BS delar den enskilda fotonen i två delvågor som färdas längs de två armarna, om den andra BS:n är införd eller inte. Det är, fotonen i ett MZI är ett förlängt och separerat objekt som existerar samtidigt vid båda armarna. I denna tolkning, om den andra BS är frånvarande, de två delvågorna är riktade, respektive, till de två detektorerna, och med en sannolikhet oberoende av deras relativa fas, mätningen kollapsar dem till ett klick i en detektor. Detta är den enskilda fotonens partikelkaraktär.

Vidare, närvaron av den andra BS kan få de två delvågorna att störa och, istället, två resulterande delvågor riktas till de två detektorerna. Den enda fotonen existerar i form av de två resulterande subvågorna. Som en konsekvens, mätningen kollapsar de resulterande subvågorna till ett klick i en detektor, med en fasberoende sannolikhet. Detta är den enskilda fotonens vågkaraktär. I motsats till den traditionella tolkningen, REIN visar att det inte finns någon skillnad mellan en enskild foton i en sluten MZI och en foton i en öppen innan de anländer till den andra BS.

För att stödja denna idé, forskarna genomför också ett möte-fördröjt val (EDC) experiment. I experimentet, den andra BS sätts in eller inte när de två delvågorna som färdas samtidigt längs MZI:s två armar har ett möte, såsom visas i fig. 1 (a). Det skiljer sig från tidigare (eller kvant) experiment med fördröjda val där beslutet fattas innan mötet inträffar. I EDC-fallet, delarna, omfattas av den andra BS, av två-sub vågorna, kommer att störa och deras former förändras beroende på den relativa fasen. Men de återstående delarna, inte omfattas av den andra BS, kommer inte att störa, lämnar deras former oförändrade. Den enda fotonen kan därför delas upp i två delar, en som visar vågnaturen och en som visar partikelnaturen. På motsvarande sätt, såsom visas i fig. 1(b), subvågorna som har lämnat MZI kan delas upp i två delar, en från vågnaturen och den andra från partikelnaturen. Notera att Fig. 1(b) visar ett specialfall där två-subvågorna inuti MZI är i fas. Experimentella data i artikeln överensstämmer väl med förutsägelsen av REIN, antyder att REIN-idén stöds starkt.

"Denna svårighet är relevant för vår envisa uppfattning om en styv partikel av mikroskopiskt objekt för ett kvanteobjekt, som namnet, 'kvantpartikel', föreslår, "forskarna skriver." Om vi ​​antar uppfattningen att kvanteobjektet existerar i form av vågfunktionen, det är lättare att förstå denna formändring. "