Dos cristales SPDC, PPLN1 y PPLN2, son bombeados y sembrados simultáneamente por la misma bomba y láseres coherentes de semillas, respectivamente, resultando en la emisión de dos fotones de señal s1 o s2 para la detección de interferencia cuántica en PD. Luego, Los fotones inactivos conjugados i1 e i2 proporcionan la información de qué ruta (o qué fuente), donde la pureza de la fuente controlable está determinada por la superposición entre los SPACS de uno de los modos inactivos y el estado coherente sin cambios de otro modo inactivo. Los detectores DA y DB pueden detectar dos campos inactivos de forma independiente. Crédito:Instituto de Ciencias Básicas
El siglo XXI ha sido sin duda la era de la ciencia cuántica. La mecánica cuántica nació a principios del siglo XX y se ha utilizado para desarrollar tecnologías sin precedentes que incluyen información cuántica, comunicación cuántica, metrología cuántica, imagen cuántica, y detección cuántica. Sin embargo, en ciencia cuántica, todavía hay cuestiones sin resolver e incluso inaprensibles como la dualidad onda-partícula y la complementariedad, superposición de funciones de onda, colapso de la función de onda después de la medición cuántica, entrelazamiento de la función de onda de la función de onda compuesta, etc.
Para probar el principio fundamental de la dualidad y complementariedad onda-partícula cuantitativamente, Se necesita un sistema compuesto cuántico que pueda controlarse mediante parámetros experimentales. Hasta aquí, ha habido varias propuestas teóricas después de que Neils Bohr introdujera el concepto de "complementariedad" en 1928, pero solo algunas ideas se han probado experimentalmente, con ellos detectando patrones de interferencia con baja visibilidad. Por lo tanto, el concepto de complementariedad y dualidad onda-partícula sigue siendo esquivo y aún no se ha confirmado por completo experimentalmente.
Para abordar este asunto, un equipo de investigación del Instituto de Ciencias Básicas (IBS, Corea del Sur) construyó un interferómetro de doble camino que consta de dos cristales de conversión descendente paramétricos sembrados por campos inactivos coherentes, que se muestra en la Figura 1. El dispositivo genera fotones de señal coherente (cuantones) que se utilizan para la medición de interferencia cuántica. Luego, los cuantones viajan por dos caminos separados antes de llegar al detector. Los campos inactivos conjugados se utilizan para extraer información de ruta con fidelidad controlable, que es útil para dilucidar cuantitativamente la complementariedad.
(A) Relación de complementariedad cuantitativa P2 + V2 =μs2 con respecto a γ =∣α2∣ / ∣α1∣ y ∣α∣ =∣α2∣. Aquí, la predictibilidad de la trayectoria P representa un comportamiento similar a una partícula, mientras que la visibilidad marginal V representa el comportamiento ondulatorio del cuanto en el interferómetro de doble camino. La totalidad de la complementariedad está limitada por la pureza de la fuente. (B) Pureza de la fuente μs del cuanto (fotón señal) y el entrelazamiento E entre el cuanto y el detector de qué ruta (qué fuente) forman otra relación de complementariedad μs2 + E2 =1. Estas dos medidas se representan con respecto a γ =∣ α2∣ / ∣α1∣ y ∣α∣ =∣α2∣. Crédito:Instituto de Ciencias Básicas
En un experimento real, la fuente de los cuantones no es pura debido a su entrelazamiento con los restantes grados de libertad. Sin embargo, la pureza de la fuente cuántica está estrechamente limitada por el entrelazamiento entre los cuantones generados y todos los demás grados de libertad restantes por la relación μ s =√ (1— mi 2 ), que los investigadores confirmaron experimentalmente.
La dualidad onda-partícula y la complementariedad cuantitativa PAG 2 + V 2 = μ s 2 ( PAG , previsibilidad a priori; V , visibilidad) fueron analizados y probados utilizando este sistema de fuente de bi-fotones no lineal entrelazada (ENBS), donde los estados de superposición de los cuantos se entrelazan mecánicamente cuánticamente con estados inactivos conjugados de una manera controlable. Se demostró que a priori previsibilidad, visibilidad, enredo pureza de la fuente, y fidelidad en nuestro modelo ENBS) dependen estrictamente de los números de fotones del haz de semillas. Esto apunta a la posible aplicación de este enfoque para la preparación de estados de fotones entrelazados distantes.
Los puntos azules son datos experimentales tomados del artículo reciente del equipo. Los datos experimentales coinciden con la visibilidad V, no visibilidad a priori V0 en todos los rangos de γ y | α |. Este gráfico valida el análisis del equipo de los resultados experimentales de ENBS en términos de la dualidad onda-partícula y las relaciones de complementariedad cuantitativa. Crédito:Instituto de Ciencias Básicas
Richard Feynman dijo una vez que resolver el rompecabezas de la mecánica cuántica radica en la comprensión del experimento de la doble rendija. Se anticipa que la interpretación basada en los experimentos de interferometría de doble vía con ENBS tendrá implicaciones fundamentales para comprender mejor el principio de complementariedad y la relación de dualidad onda-partícula cuantitativamente.
Esta investigación fue publicada en la revista Avances científicos.
