Två SPDC -kristaller, PPLN1 och PPLN2, pumpas och ympas samtidigt av samma pump och frö koherenta lasrar, respektive, vilket resulterar i emission av två signalfoton s1 eller s2 för kvantinterferensdetektering vid PD. Sedan, konjugerade tomgångsfotoner i1 och i2 tillhandahåller vilken-väg (eller vilken-källa) information, där den kontrollerbara källrenheten bestäms av överlappningen mellan SPACS för ett av tomgångslägena och oförändrat koherent tillstånd för ett annat tomgångsläge. Två tomgångsfält kan detekteras oberoende av detektorerna DA och DB. Kredit:Institute for Basic Science
2000 -talet har utan tvekan varit kvantvetenskapens era. Kvantmekanik föddes i början av 1900 -talet och har använts för att utveckla teknik utan motstycke som inkluderar kvantinformation, kvantkommunikation, kvantmetrologi, kvantbildning, och kvantavkänning. Dock, inom kvantvetenskap, det finns fortfarande olösta och till och med obegripliga frågor som vågpartikeldualitet och komplementaritet, överlagring av vågfunktioner, vågfunktionskollaps efter kvantmätning, vågfunktionsinvikling av den sammansatta vågfunktionen, etc.
För att testa den grundläggande principen för vågpartikeldualitet och komplementaritet kvantitativt, ett kvantkompositsystem som kan styras av experimentella parametrar behövs. Än så länge, det har funnits flera teoretiska förslag efter att Neils Bohr introducerade begreppet "komplementaritet" 1928, men bara några idéer har testats experimentellt, med dem som upptäcker störningsmönster med låg sikt. Således, Begreppet komplementaritet och dualitet med vågpartiklar förblir fortfarande svårfångat och har ännu inte helt bekräftats experimentellt.
För att lösa detta problem, ett forskargrupp från Institute for Basic Science (IBS, Sydkorea) konstruerade en dubbelvägs interferometer bestående av två parametriska nedkonverteringskristaller som utsädes av sammanhängande tomgångsfält, som visas i figur 1. Enheten genererar koherenta signalfotoner (kvantoner) som används för kvantinterferensmätning. Kvantonerna färdas sedan ner på två separata vägar innan de når detektorn. Konjugerade tomgångsfält används för att extrahera sökinformation med kontrollerbar trohet, vilket är användbart för att kvantitativt belysa komplementariteten.
(A) Kvantitativ komplementaritetsrelation P2 + V2 =μs2 med avseende på γ =∣α2∣ / ∣α1∣ och ∣α∣ =∣α2∣. Här, vägförutsägbarhet P representerar partikelliknande beteende, medan synlighet V representerar vågliknande beteende hos kvantonen i dubbelvägsinterferometern. Helheten av komplementaritet begränsas av källrenheten. (B) Källrenhet μs av kvantonen (signalfoton) och intrassling E mellan kvanton och vilken-väg (vilken-källa) detektor bildar en annan komplementaritetsrelation μs2 + E2 =1. Dessa två mått är ritade med avseende på γ =∣ α2∣ / ∣α1∣ och ∣α∣ =∣α2∣. Kredit:Institute for Basic Science
I ett riktigt experiment, källan till kvantonerna är inte ren på grund av dess sammanblandning med de återstående frihetsgraderna. Dock, kvantkällans renhet är tätt begränsad av intrasslingen mellan de genererade kvantonerna och alla andra återstående frihetsgrader av förhållandet μ s =√ (1— E 2 ), vilket forskarna bekräftade experimentellt.
Vågpartikeldualiteten och den kvantitativa komplementariteten P 2 + V 2 = μ s 2 ( P , a priori förutsägbarhet; V , synlighet) analyserades och testades med hjälp av detta intrasslade olinjära bi-foton-källsystem (ENBS), där kvantonernas superpositionstillstånd är kvantemekaniskt mekaniskt intrasslade med konjugerade tomgångstillstånd på ett kontrollerbart sätt. Det visade sig att a priori förutsägbarhet, synlighet, trassel (alltså källrenhet, och trohet i vår ENBS -modell) beror strikt på fröstrålens fotonantal. Detta pekar på den möjliga tillämpningen av detta tillvägagångssätt för beredning av avlägsna intrasslade fotontillstånd.
Blå punkter är experimentella data hämtade från teamets senaste tidning. Experimentella data sammanfaller med synligheten V, inte a priori synlighet V0 över hela intervallet av y och | α |. Denna tomt validerar teamets analys av ENBS experimentella resultat när det gäller våg-partikeldualitet och kvantitativa komplementaritetsrelationer. Kredit:Institute for Basic Science
Richard Feynman uppgav en gång att lösningen av kvantmekanikens pussel ligger i förståelsen av experimentet med dubbelslits. Det förväntas att tolkningen baserad på dubbelvägsinterferometriförsöken med ENBS kommer att ha grundläggande konsekvenser för en bättre förståelse av komplementaritetsprincipen och våg-partikeldualitetsrelationen kvantitativt.
Denna forskning publicerades i tidskriften Vetenskapliga framsteg.
