p A mecânica quântica é um pilar da ciência e tecnologia modernas, e tem beneficiado a sociedade humana por um século. A função de onda, também conhecido como estado quântico, é a descrição de um objeto quântico e desempenha um papel central na mecânica quântica. Apesar disso, a natureza da função de onda ainda é debatida. Até aqui, tem havido várias interpretações da função de onda, incluindo a interpretação de Copenhague, a interpretação da onda piloto do De Broglie, e a interpretação de muitos mundos. p Entre eles, a interpretação de Copenhague domina. Ele trata a função de onda meramente como uma amplitude de probabilidade complexa usada para calcular a probabilidade de encontrar o objeto quântico em um determinado lugar. Nesse caso, a função de onda é uma ferramenta matemática pura, e, portanto, deve fornecer apenas o conhecimento dos fenômenos. Contudo, a interpretação de Copenhagen não pode descrever a existência real do objeto quântico. Portanto, explorar a natureza da função de onda é de fundamental importância para desvendar o misterioso mundo quântico.

p Em um estudo recente, uma interpretação realista (REIN) para a função de onda foi proposta por Gui-Lu Long, um pesquisador do Departamento de Física, Universidade de Tsinghua, na cidade chinesa de Pequim. O REIN afirma que a função de onda de um objeto quântico é um estado real, em vez de uma mera descrição matemática - em outras palavras, o objeto quântico no espaço existe na forma da função de onda. Para demonstrar isso, Gui-Lu Long e seus colaboradores, Wei Qin, Zhe Yang e Jun-Lin Li, também do Departamento de Física, Universidade de Tsinghua, projetou um experimento de escolha retardada por encontro e realizou experimentalmente o esquema. Este estudo, intitulado "Realistic Interpretation of Quantum Mechanics and Encounter-Delayed-Choice Experiment, "foi publicado em Science China Physics, Mecânica e Astronomia .

p Os pesquisadores mostraram que um objeto quântico ou microscópico se estende no espaço ou mesmo, em alguns casos, em regiões desarticuladas do espaço, com amplitude e fase. O quadrado do módulo da função de onda representa a distribuição espacial do objeto quântico. Quando medido, o objeto quântico que preenche o espaço irá, de acordo com o postulado de medição na mecânica quântica, colapso instantaneamente. Nesse caso, o objeto se comporta como uma partícula. Devido à existência de uma fase, a interferência entre duas funções de onda coerentes pode ocorrer quando elas se encontram. Consequentemente, a função de onda resultante mudará de maneira diferente em diferentes locais:alguns são reforçados devido à interferência construtiva, enquanto alguns outros são cancelados devido a interferência destrutiva. Isso muda a distribuição espacial do objeto quântico. Nesse caso, o objeto se comporta como uma onda.

p Uma boa demonstração do experimento de escolha retardada é dada por um interferômetro de dois caminhos, o interferômetro Mach-Zehnder (MZI). Nossa discussão é restrita ao caso em que um único fóton é direcionado ao MZI seguido por dois detectores. De acordo com a perspectiva tradicional, a natureza do único fóton dentro do MZI depende se o segundo BS está ou não no lugar. Se o segundo BS estiver ausente, o único fóton, então, viaja ao longo de apenas um braço, mostrando a natureza da partícula.

p Pelo contrário, quando os pesquisadores inseriram a segunda BS, o único fóton viajou ao longo de ambos os braços, exibindo a natureza das ondas. Contudo, no REIN, o primeiro BS divide o único fóton em duas sub-ondas que viajam ao longo dos dois braços, se o segundo BS está inserido ou não. Isso é, o fóton em um MZI é um objeto estendido e separado que existe simultaneamente em ambos os braços. Nesta interpretação, se o segundo BS estiver ausente, as duas sub-ondas são direcionadas, respectivamente, para os dois detectores, e com uma probabilidade independente de sua fase relativa, a medição os reduz em um clique em um detector. Essa é a natureza da partícula de um único fóton.

p Além disso, a presença da segunda BS pode fazer com que as duas sub-ondas interfiram e, em vez de, duas sub-ondas resultantes são direcionadas para os dois detectores. O único fóton existe na forma das duas sub-ondas resultantes. Como consequência, a medição reduz as sub-ondas resultantes em um clique em um detector, com uma probabilidade dependente de fase. Esta é a natureza ondulatória do fóton único. Em contraste com a interpretação tradicional, o REIN demonstra que não há diferença entre um único fóton em um MZI fechado e um fóton em um aberto antes de chegar ao segundo BS.

p Para apoiar esta ideia, os pesquisadores também implementam um experimento de escolha retardada por encontro (EDC). No experimento, a segunda BS é inserida ou não quando as duas sub-ondas que viajam simultaneamente ao longo dos dois braços do MZI se encontram, como mostrado na Fig. 1 (a). É diferente de experimentos de escolha retardada anteriores (ou quânticos), nos quais a decisão é tomada antes que ocorra o encontro. No caso do EDC, as partes, sujeito ao segundo BS, das duas sub-ondas, irão interferir e suas formas mudarão de acordo com a fase relativa. Mas as partes restantes, não sujeito ao segundo BS, não vou interferir, deixando suas formas inalteradas. O único fóton pode, portanto, ser dividido em duas partes, um mostrando a natureza da onda e outro mostrando a natureza da partícula. Correspondentemente, como representado na Fig. 1 (b), as sub-ondas que saíram do MZI podem ser divididas em duas partes, um da natureza da onda e o outro da natureza da partícula. Observe que a Fig. 1 (b) mostra um caso especial em que as duas sub-ondas dentro do MZI estão em fase. Os dados experimentais do artigo estão de acordo com a previsão do REIN, implicando que a ideia REIN é fortemente apoiada.

p "Essa dificuldade é pertinente à nossa noção teimosa de uma partícula rígida de objeto microscópico para um objeto quântico, como o nome, 'partícula quântica', sugere, "escrevem os pesquisadores." Se adotarmos a visão de que o objeto quântico existe na forma da função de onda, é mais fácil entender essa mudança de forma. "