我國學者揭示“量子柴郡貓”獨特量子特性

新華社合肥7月10日電(記者徐海濤)量子力學中的思想實驗“薛定諤的貓”已在學術界廣為人知,近年來國際科學界又提出一個前沿概念叫“量子柴郡貓”。近期,中國科學技術大學郭光燦院士團隊與南開大學學者合作,首次實現了光子的偏振與其本體分離,進而實現兩個光子偏振的無接觸交換,實驗揭示了“量子柴郡貓”的獨特量子特性,加深了人們對“什麼是物理實在”這一物理學基本問題的認識。

在宏觀的經典世界中,物體的物理屬性比如質量、體積等,與物體本身不可分離,但在微觀的量子世界里則有所不同。2013年國際科學界有理論研究表明,微觀粒子的物理屬性(如电子的電荷和自旋、光子的偏振等)可以與其本體分離,多位知名學者將這種現象命名為“量子柴郡貓”。

柴郡貓是兒童文學名著《愛麗絲夢遊仙境》中一隻會咧着嘴笑的貓,它的身體可以憑空消失,但笑容還掛在半空中。國際科學界在中子和光子的干涉實驗中,觀察到粒子屬性與其本體分離的現象,但要想展示“量子柴郡貓”的獨特量子效應,還需要更複雜的實驗。

近期,中科大郭光燦院士團隊中的李傳鋒、許金時、許小冶等人與南開大學陳景靈教授合作,首次利用雙光子系統實現了兩隻“量子柴郡貓”交換笑臉。

他們使用對系統施加微擾的新方法,解決了多體量子系統弱值提取的難題,並製備出雙光子超糾纏態,獲得光子的路徑和偏振觀測量的弱值。實驗觀測到兩光子都處於偏振屬性和光子本體分離的狀態,並各自得到了另一光子的偏振,實現了兩隻“量子柴郡貓”的無接觸笑臉互換。

該研究成果展示了量子世界中物質與其物理屬性靈活多變的關係,加深了人們對“什麼是物理實在”這一物理學基本問題的認識。另一方面,引入微擾獲得弱值的方法也將成為研究量子物理的有力工具。

國際權威學術期刊《自然·通訊》日前發表了這項研究成果,審稿人評價這是“一個裡程碑”,是理解量子力學基礎問題的重要進展。(完)