La mecánica cuántica es un pilar de la ciencia y la tecnología modernas, y ha beneficiado a la sociedad humana durante un siglo. La función de onda, también conocido como estado cuántico, es la descripción de un objeto cuántico y juega un papel central en la mecánica cuántica. Sin embargo, la naturaleza de la función de onda todavía se debate. Hasta aquí, ha habido varias interpretaciones de la función de onda, incluida la interpretación de Copenhague, la interpretación de la onda piloto de De Broglie, y la interpretación de muchos mundos.

Entre ellos, domina la interpretación de Copenhague. Trata la función de onda simplemente como una amplitud de probabilidad compleja que se utiliza para calcular la probabilidad de encontrar el objeto cuántico en un lugar determinado. En este caso, la función de onda es una herramienta matemática pura, y así se supone que sólo proporciona el conocimiento de los fenómenos. Sin embargo, la interpretación de Copenhague no puede describir la existencia real del objeto cuántico. Por eso, explorar la naturaleza de la función de onda es de fundamental importancia para desbloquear el misterioso mundo cuántico.

En un estudio reciente, Gui-Lu Long propuso una interpretación realista (REIN) para la función de onda, investigador del Departamento de Física, Universidad de Tsinghua, en la ciudad china de Beijing. El REIN establece que la función de onda de un objeto cuántico es un estado real en lugar de una mera descripción matemática; en otras palabras, el objeto cuántico en el espacio existe en forma de función de onda. Para demostrar esto, Gui-Lu Long y sus colaboradores, Wei Qin, Zhe Yang y Jun-Lin Li, también del Departamento de Física, Universidad de Tsinghua, diseñó un experimento de elección retardada de encuentro y realizó el esquema de forma experimental. Este estudio, titulado "Interpretación realista de la mecánica cuántica y experimento de elección retardada de encuentro, "ha sido publicado en Ciencia China Física, Mecánica y Astronomía .

Los investigadores demostraron que un objeto cuántico o microscópico se extiende en el espacio o incluso, en algunos casos, en regiones inconexas del espacio, con amplitud y fase. El cuadrado del módulo de la función de onda representa la distribución espacial del objeto cuántico. Cuando se mide, el objeto cuántico que llena el espacio, según el postulado de medición en mecánica cuántica, colapsar instantáneamente. En este caso, el objeto se comporta como una partícula. Debido a la existencia de una fase, la interferencia entre dos funciones de onda coherentes puede ocurrir cuando se encuentran. Como consecuencia, la función de onda resultante cambiará de manera diferente en diferentes ubicaciones:algunas se fortalecen debido a la interferencia constructiva, mientras que otros se cancelan debido a interferencias destructivas. Esto cambia la distribución espacial del objeto cuántico. En este caso, el objeto se comporta como una onda.

Una buena demostración del experimento de elección retardada la da un interferómetro de dos vías, el interferómetro Mach-Zehnder (MZI). Nuestro análisis se limita al caso en el que un solo fotón se dirige al MZI seguido de dos detectores. Según la perspectiva tradicional, la naturaleza del fotón individual dentro del MZI depende de si la segunda BS está en su lugar o no. Si el segundo BS está ausente, el fotón único viaja a lo largo de un solo brazo, mostrando la naturaleza de las partículas.

De lo contrario, cuando los investigadores insertaron la segunda BS, el fotón viajó a lo largo de ambos brazos, exhibiendo la naturaleza ondulatoria. Sin embargo, en el REIN, la primera BS divide el fotón único en dos sub-ondas que viajan a lo largo de los dos brazos, si la segunda BS está insertada o no. Es decir, el fotón en un MZI es un objeto extendido y separado que existe simultáneamente en ambos brazos. En esta interpretación, si el segundo BS está ausente, las dos sub-ondas están dirigidas, respectivamente, a los dos detectores, y con una probabilidad independiente de su fase relativa, la medición los colapsa en un clic en un detector. Ésta es la naturaleza de las partículas del fotón único.

Es más, la presencia de la segunda BS puede hacer que las dos subondas interfieran y, en lugar de, dos sub-ondas resultantes se dirigen a los dos detectores. El fotón único existe en la forma de las dos sub-ondas resultantes. Como consecuencia, la medición colapsa las sub-ondas resultantes en un clic en un detector, con una probabilidad dependiente de la fase. Ésta es la naturaleza ondulatoria del fotón único. En contraste con la interpretación tradicional, el REIN demuestra que no hay diferencia entre un solo fotón en un MZI cerrado y un fotón en uno abierto antes de que lleguen a la segunda BS.

Para apoyar esta idea, los investigadores también implementan un experimento de elección retardada de encuentro (EDC). En el experimento, la segunda BS se inserta o no cuando las dos sub-ondas que viajan simultáneamente a lo largo de los dos brazos del MZI se encuentran, como se muestra en la Fig. 1 (a). Es diferente de los experimentos de elección tardía previos (o cuánticos) donde la decisión se toma antes de que ocurra el encuentro. En el caso EDC, las partes, sujeto a la segunda BS, de las ondas de dos sub, interferirán y sus formas cambiarán según la fase relativa. Pero las partes restantes, no sujeto a la segunda BS, no interferirá, dejando sus formas sin cambios. Por tanto, el fotón único se puede dividir en dos partes, uno que muestra la naturaleza ondulatoria y otro que muestra la naturaleza de las partículas. Correspondientemente, como se muestra en la Fig.1 (b), las sub-ondas que han salido del MZI se pueden dividir en dos partes, uno de la naturaleza ondulatoria y el otro de la naturaleza de las partículas. Tenga en cuenta que la Fig. 1 (b) muestra un caso especial en el que las ondas de dos sub dentro del MZI están en fase. Los datos experimentales del artículo están de acuerdo con la predicción del REIN, lo que implica que la idea REIN está fuertemente apoyada.

"Esta dificultad es pertinente a nuestra obstinada noción de una partícula rígida de objeto microscópico para un objeto cuántico, como el nombre, 'partícula cuántica', sugiere, "escriben los investigadores". Si adoptamos la opinión de que el objeto cuántico existe en la forma de la función de onda, es más fácil de entender este cambio de forma ".