Измерение неопределенногоВ 1970-х годах американский физик Джон Арчибальд Уиллер (1911-2008) метафорически сравнил фундаментальную неопределенность квантово-механических явлений с «огромным дымным драконом»: можно увидеть хвост, который является источником частиц, и голову, которые являются результатами измерений. Но в промежутках все тело покрыто дымом.
И этот дым не может быть удален: только измерение определяет явление, а не наоборот. Чтобы воплотить эту концепцию в конкретных условиях, Уилер предложил свой знаменитый мысленный эксперимент с отложенным выбором.
В этом мысленном эксперименте выбор определения природы частицы или волны откладывается или даже изменяется во время эксперимента. Таким образом, одно и то же явление, например свет, проявляется как частица или как волна в одном и том же эксперименте.
Следовательно, это действительно может быть и то, и другое, в зависимости от времени и характера измерения.В последние десятилетия квантовые физики пытались экспериментально проверить мысленный эксперимент Уиллера, чтобы эмпирически обосновать дуальность волна-частица. Сяо-Сун Ма из Нанкинского университета, Йоханнес Кофлер из Института квантовой оптики Макса Планка и Антон Цайлингер из Венского университета и Института квантовой оптики и квантовой информации (IQOQI) Австрийской академии наук теперь продемонстрировали успех этого начинания в обширном исследовании, которое подводит итог и оценивает всю историю экспериментов с отложенным выбором.Хотя концепцию дуальности волна-частица можно проследить до объяснения Альбертом Эйнштейном фотоэлектрического эффекта с помощью фотонов в 1905 году, первые эксперименты с отложенным выбором были реализованы только в 1980-х годах. «Только благодаря развитию современных квантово-оптических методов для быстрого и точного измерения света стало возможным претворить мысленный эксперимент Уиллера в жизнь», — говорит Сяо-Сон Ма, ведущий автор исследования.
Важно для квантовой криптографии и квантовых компьютеров«Эксперименты такого рода ставят нас перед фундаментальными вопросами квантовой физики», — добавляет Антон Цайлингер. «Однако они также имеют значение для будущих приложений, таких как квантовая криптография или разработка квантовых компьютеров». Эксперименты с отложенным выбором можно применить к квантово-механическому явлению запутанности, которое важно для безопасности квантовой связи.
Что касается квантовых компьютеров, есть определенные сценарии, в которых эксперименты с отложенным выбором могут увеличить скорость вычислений. Авторы исследования, которое теперь опубликовано в журнале Reviews of Modern Physics, ожидают, что эксперименты с отложенным выбором продолжат приносить дальнейшее понимание квантовой физики, а также практического применения технологий, основанных на них.