Dois cristais SPDC, PPLN1 e PPLN2, são bombeados e semeados simultaneamente pela mesma bomba e lasers coerentes de sementes, respectivamente, resultando na emissão de dois fótons de sinal s1 ou s2 para detecção de interferência quântica no PD. Então, os fótons intermediários conjugados i1 e i2 fornecem as informações de qual caminho (ou fonte), onde a pureza da fonte controlável é determinada pela sobreposição entre o SPACS de um dos modos de inatividade e o estado coerente inalterado de outro modo de inatividade. Dois campos do idler podem ser detectados independentemente pelos detectores DA e DB. Crédito:Institute for Basic Science
O século 21 foi, sem dúvida, a era da ciência quântica. A mecânica quântica nasceu no início do século 20 e tem sido usada para desenvolver tecnologias sem precedentes que incluem informações quânticas, comunicação quântica, metrologia quântica, imagem quântica, e detecção quântica. Contudo, na ciência quântica, ainda existem questões não resolvidas e até mesmo inapreensíveis, como dualidade onda-partícula e complementaridade, superposição de funções de onda, colapso da função de onda após a medição quântica, emaranhamento da função de onda da função de onda composta, etc.
Para testar o princípio fundamental da dualidade onda-partícula e complementaridade quantitativamente, um sistema composto quântico que pode ser controlado por parâmetros experimentais é necessário. Até aqui, houve várias propostas teóricas depois que Neils Bohr introduziu o conceito de "complementaridade" em 1928, mas apenas algumas ideias foram testadas experimentalmente, com eles detectando padrões de interferência com baixa visibilidade. Assim, o conceito de complementaridade e dualidade onda-partícula ainda permanece indefinido e não foi totalmente confirmado experimentalmente ainda.
Abordar esta questão, uma equipe de pesquisa do Institute for Basic Science (IBS, Coreia do Sul) construiu um interferômetro de caminho duplo que consiste em dois cristais de conversão descendente paramétricos semeados por campos ociosos coerentes, que é mostrado na Figura 1. O dispositivo gera fótons de sinal coerente (quantons) que são usados para medição de interferência quântica. Os quantons então viajam por dois caminhos separados antes de chegar ao detector. Os campos conjugados do usuário são usados para extrair informações do caminho com fidelidade controlável, que é útil para elucidar quantitativamente a complementaridade.
(A) Relação de complementaridade quantitativa P2 + V2 =μs2 com respeito a γ =∣α2∣ / ∣α1∣ e ∣α∣ =∣α2∣. Aqui, a previsibilidade do caminho P representa o comportamento semelhante a uma partícula, enquanto a visibilidade da franja V representa o comportamento de onda do quanton no interferômetro de caminho duplo. A totalidade da complementaridade é limitada pela pureza da fonte. (B) Pureza da fonte μs do quanton (fóton de sinal) e emaranhamento E entre o detector de quanton e qual caminho (fonte) forma outra relação de complementaridade μs2 + E2 =1. Essas duas medidas são plotadas em relação a γ =∣ α2∣ / ∣α1∣ e ∣α∣ =∣α2∣. Crédito:Institute for Basic Science
Em um experimento real, a fonte dos quantons não é pura devido ao seu emaranhamento com os graus de liberdade restantes. Contudo, a pureza da fonte de quanton é estreitamente limitada pelo emaranhamento entre os quantons gerados e todos os outros graus de liberdade restantes pela relação μ s =√ (1— E 2 ), que os pesquisadores confirmaram experimentalmente.
A dualidade onda-partícula e a complementaridade quantitativa P 2 + V 2 = μ s 2 ( P , previsibilidade a priori; V , visibilidade) foram analisados e testados usando este sistema de fonte bifotônica não linear emaranhada (ENBS), onde os estados de superposição dos quantons são mecanicamente emaranhados com os estados conjugados de ociosidade de uma maneira controlável. Foi mostrado que a priori previsibilidade, visibilidade, emaranhamento (assim, pureza da fonte, e fidelidade em nosso modelo ENBS) dependem estritamente dos números de fótons do feixe de sementes. Isso aponta para a aplicação potencial desta abordagem para a preparação de estados de fótons distantes emaranhados.
Os pontos azuis são dados experimentais retirados do artigo recente da equipe. Os dados experimentais coincidem com a visibilidade V, visibilidade não a priori V0 em todas as faixas de γ e | α |. Este gráfico valida a análise da equipe dos resultados experimentais ENBS em termos da dualidade onda-partícula e relações de complementaridade quantitativa. Crédito:Institute for Basic Science
Richard Feynman afirmou certa vez que resolver o quebra-cabeça da mecânica quântica está na compreensão do experimento da dupla fenda. Antecipa-se que a interpretação baseada nos experimentos de interferometria de duplo caminho com ENBS terá implicações fundamentais para melhor compreensão do princípio da complementaridade e da relação de dualidade onda-partícula quantitativamente.
Esta pesquisa foi publicada na revista Science Advances.
