我学者揭示“量子柴郡猫”独特量子特性

仙仙

中国科技大学郭光灿院士团队在量子物理基础问题研究中取得重要进展。该团队李传锋、许金时、许小冶等人与南开大学陈景灵教授合作，首次实现光子的偏振与其本体分离，进而实现两个光子偏振的无接触交换，揭示了“量子柴郡猫”的独特量子特性，加深了人们对“什么是物理实在”这一物理学基本问题的认识。


柴郡猫是童话《爱丽丝梦游仙境》中一只咧着嘴笑的猫，它（本体）可以凭空消失，但笑容（属性）还挂在半空中。经典世界中物体的物理属性，如质量、体积等，与物体的本体是不可分离的。然而在量子世界里情况有所不同。2013年的理论研究表明微观粒子的物理属性（如电子的电荷和自旋，光子的偏振等）可以和其本体分离，这种现象被沃尔夫奖获得者阿哈罗诺夫等人称为“量子柴郡猫”。


李传锋研究组首次利用双光子系统展示了两只“量子柴郡猫”交换笑脸这一独特量子效应。他们使用对系统施加微扰的新方法，解决了多体量子系统弱值提取的难题，并制备出双光子超纠缠态，获得光子的路径和偏振观测量的弱值。实验观测到两光子都处于偏振属性和光子本体分离的状态，并各自得到了另一光子的偏振，实现了两只“量子柴郡猫”的无接触笑脸互换。


该研究成果展示了量子世界中物质与其物理属性灵活多变的关系，加深了人们对“什么是物理实在”这一物理学基本问题的认识。另一方面，通过引入微扰获得弱值的方法也将为研究量子物理其他难题提供有力工具。


国际权威学术期刊《自然·通讯》日前发表了这项研究成果，审稿人评价这是“一个里程碑”，是理解量子力学基础问题的重要进展。