光的波粒二象性可控叠加

3日，记者从南京大学获悉，最新一期的自然杂志子刊《自然·光子学》发表了该校物理学院马小松教授团队的研究成果——首次演示了单光子波动性和粒子性的非局域可控叠加。

光究竟是粒子还是波的争论经历了几个世纪。20世纪在量子物理的建立过程中，人们发现了光的波粒二象性，即光既是粒子，也是波，处于波与粒子的叠加态。

那么，是否可以找到某些控制手段，让单个光子按照需要仅表现为粒子，或者仅表现为波？由物理学家约翰·惠勒提出的延迟选择实验显示，一个外部的观测者可以通过对实验装置中一个光学元件的操控，来主动选择单个光子表现出波动性还是粒子性，甚至在光子进入实验装置之后再做选择，选择依然是有效的。

马小松说，他们此次发表的成果，是在惠勒延迟选择实验的基础上，提出并展示了一个新的非局域量子延迟选择实验。

在该实验中，团队使用了另外一对纠缠光子作为控制单元，利用纠缠光子对去调控在波动性与粒子性之间切换的实验主体光子。为了实现严格的非局域量子控制，控制单元远离实验主体单元,也就是要满足物理学家所说的所谓“爱因斯坦局域性”条件。

“要实现‘爱因斯坦局域性’条件，我们需要在空间与时间上都能精确控制实验仪器。我们的光学仪器分布在校园内的两个实验室中，光信号与电信号的时序经过了精确的设置。”文章第一作者王凯说，该实验不但证明了光可以同时处于波动性或粒子性的量子叠加，而且还证明了这种波—粒的量子叠加态是可调控的，这为量子光学和量子信息处理的发展提供了新方法。