In een nieuw rapport dat nu is gepubliceerd in Nature Communications Physics , ontwikkelden Pedro R. Dieguez en een internationaal team van wetenschappers in kwantumtechnologieën, functionele kwantumsystemen en kwantumfysica een nieuw raamwerk van operationele criteria voor de fysieke realiteit. Deze poging vergemakkelijkte hun begrip van een kwantumsysteem rechtstreeks via de kwantumtoestand op elk moment. Tijdens het werk heeft het team een ​​verband gelegd tussen de zichtbaarheid van de output en elementen van de realiteit binnen een interferometer. Het team leverde een experimenteel proof-of-principle voor een twee-spin-½-systeem in een interferometrische opstelling binnen een nucleair magnetische resonantieplatform. De uitkomsten valideerden Bohrs oorspronkelijke formulering van het complementariteitsprincipe.

Natuurkunde volgens Niels Bohr

Het complementariteitsprincipe van Bohr stelt dat materie en straling kunnen worden onderworpen aan een verenigend raamwerk waarin elk element zich kan gedragen als een golf of een deeltje, gebaseerd op de experimentele opstelling. Volgens de natuurfilosofie van Bohr wordt de aard van de individualiteit van kwantumsystemen besproken in relatie tot de definitieve opstelling van hele experimenten. Bijna tien jaar geleden ontwierpen natuurkundigen een kwantum vertraagde keuze-experiment (QDCE), met een bundelsplitser in ruimtelijke kwantumsuperpositie om de interferometer een "gesloten + open" configuratie te geven, terwijl het systeem een ​​hybride "golf + deeltje" toestand vertegenwoordigde . Onderzoekers hadden eerder een doelsysteem aan een kwantumregulator gekoppeld en deze ideeën getest om te laten zien hoe fotonen golfachtig of deeltjesachtig gedrag kunnen vertonen, afhankelijk van de experimentele techniek die wordt gebruikt om ze te meten. Op basis van het vermogen om de statistieken soepel te interpoleren tussen een golf- en deeltjesachtig patroon, suggereerden natuurkundigen de manifestatie van morphing-gedrag in hetzelfde systeem; aanspraak maken op een radicale herziening van het complementariteitsprincipe van Bohr.

In eerste instantie hebben Dieguez et al een operationele kwantor van realisme aangenomen, afhankelijk van de kwantumtoestand, om zinvolle welke-pad-statements mogelijk te maken. Ze toonden ook aan dat er geen verband was tussen zichtbaarheid aan de uitgang met golf- en deeltjeselementen, ten opzichte van het aangenomen criterium van realisme. De wetenschappers stelden een opstelling voor om een ​​verband te leggen tussen de zichtbaarheid en golfelementen van de werkelijkheid binnen de interferometer en toonden de relevantie van kwantumcorrelaties voor de dualiteit van golven en deeltjes, gevolgd door nucleaire magnetische resonantie voor experimenteel onderzoek om te beargumenteren hoe de resultaten Bohr's oorspronkelijke opvattingen herhaalden .

Contextueel realisme in het quantum vertraagde-keuze-experiment (QDCE)

Dieguez et al hebben de QDCE (quantum vertraagde-keuze-experiment) opnieuw beoordeeld via de elementen van de realiteit in het huidige experimentele systeem. Om dit te bereiken, voegden ze een qubit toe als een deeltjesachtige toestand na het passeren van het eerste superpositie-apparaat of de bundelsplitser, en de faseverschuiver in de experimentele opstelling, om een ​​relatieve fase te implementeren tussen de paden die door de qubit worden afgelegd. Het team activeerde vervolgens het laatste superpositie-apparaat om de transformatie van de staat in een golfachtige staat op te merken. Op basis van de statistieken aan de uitgang van het circuit leidden ze het pad af dat de qubit in de interferometer aflegde. Om het proces beter te begrijpen, berekenden ze het realisme in het circuit en stelden ze een raamwerk voor om de elementen van de werkelijkheid voor het gedrag van golfdeeltjes in een kwantumgestuurd interferentieapparaat te bespreken. De resultaten gaven aan hoe zogenaamde deeltjesachtige toestanden overeenkwamen met een golfrealiteit. Als resultaat merkten ze op hoe de qubit zich altijd gedroeg als een golf in de interferometer in een experimentele benadering, om aan te tonen hoe de fysieke realiteit op elk moment kan worden bepaald door de kwantumtoestand.

Het team stelde vervolgens een experiment voor om bestaande problemen van de voorgaande experimentele opstelling op te lossen en om golf- en deeltjeselementen van de werkelijkheid effectief te superponeren. Ze berekenden de toestanden van het hele systeem, toen qubits direct na de faseverschuiving in de interferometer reisden. Het interferentieapparaat plaatste de qubit in een superpositie van paden om een ​​golfrealiteit te impliceren. Toen Dieguez et al. het apparaat met gecontroleerde interferentie in de nieuwe QCRE-opstelling deactiveerden, bleef de qubit zijn oorspronkelijke pad volgen als een deeltje om een ​​belangrijk verschil met de oorspronkelijke QDCE-opstelling te laten zien. In tegenstelling tot de QDCE merkten de natuurkundigen een strikte gelijkwaardigheid op tussen de outputstatistieken en het golfachtige gedrag in de interferometer. De uitkomsten bevestigden Bohrs oorspronkelijke formulering van het complementariteitsprincipe.

Bewijs van principe

De wetenschappers implementeerden deze ideeën vervolgens in een proof-of-principle-experiment met behulp van een liquid-state nucleaire magnetische resonantie (NMR) opstelling met twee spin ½ qubits gecodeerd in een steekproef van ^13- C-gelabelde chloroform verdund in aceton-d6. Ze voerden de experimenten uit in een Varian 500 MHz-spectrometer en gebruikten de ¹³ C nucleaire spin om het realisme en de golf- en deeltjeskenmerken van ¹ . te onderzoeken H kernspin, die de interferometrische paden omvatte. Van de vier kernen isotopen ¹ H, ¹³ C, ³⁵ Cl en ³⁷ Cl beschikbaar, het team reguleerde alleen ¹ H, en ¹³ C kernen. Het team voerde celspin-½quantumgestuurde interferometrische protocollen uit met behulp van combinaties van transversale radiofrequentiepulsen op resonantie met elk van de kernen, om het interferometrische patroon te observeren.

Vooruitzichten

Op deze manier gebruikten Pedro R. Dieguez en collega's golf- en deeltjestermen om het gedrag van een kwantumsysteem te bespreken dat een dubbelpad-opstelling doorkruist om enkele signalen en statistieken in de uitvoer te produceren. In het quantum vertraagde-keuze-experiment (QDCE) merkten de wetenschappers op hoe de zichtbaarheid van de uitvoer geen specifiek verhaal vertelde over het qubit-gedrag in het circuit. Het team introduceerde vervolgens een kwantumgestuurd realiteitsexperiment (QCRE) - een regeling waarbij de oorspronkelijke vorming van het complementariteitsprincipe van Bohr kon worden geboden, waar, in tegenstelling tot QDCE, met behulp van de QCRE, Dieguez et al. de golfdeeltjeselementen van de werkelijkheid reguleerden, om te laten zien de mogelijkheid van superpositie van golven en deeltjes in de opstelling om "morphing-realiteiten" te manifesteren. Het onderzoek benadrukte de rol van het complementariteitsprincipe om werkelijkheidstoestanden te morphen in een kwantumgestuurd systeem om nieuwe inzichten te verschaffen in de aard van kwantumcausaliteit, referentiekaders en realistische aspecten van golf- en deeltjeseigenschappen gekoppeld aan kwantumsystemen. + Verder verkennen

Experimentele bevestiging van dualiteit golf-deeltjes

© 2022 Science X Network