Em um novo relatório agora publicado na Nature Communications Physics , Pedro R. Dieguez e uma equipe internacional de cientistas em tecnologias quânticas, sistemas quânticos funcionais e física quântica, desenvolveram uma nova estrutura de critério operacional para a realidade física. Essa tentativa facilitou a compreensão de um sistema quântico diretamente por meio do estado quântico em cada instância do tempo. Durante o trabalho, a equipe estabeleceu uma ligação entre a visibilidade da saída e os elementos da realidade dentro de um interferômetro. A equipe forneceu uma prova de princípio experimental para um sistema de dois spins e ½ em uma configuração interferométrica dentro de uma plataforma de ressonância magnética nuclear. Os resultados validaram a formulação original de Bohr do princípio da complementaridade.
Física de acordo com Niels Bohr

O princípio da complementaridade de Bohr afirma que matéria e radiação podem ser submetidas a uma estrutura unificadora onde qualquer elemento pode se comportar como uma onda ou uma partícula, com base na configuração experimental. De acordo com a filosofia natural de Bohr, a natureza da individualidade dos sistemas quânticos é discutida em relação ao arranjo definido de experimentos inteiros. Quase uma década atrás, os físicos projetaram um experimento de escolha quântica atrasada (QDCE), com um divisor de feixe em superposição quântica espacial para tornar o interferômetro com uma configuração "fechada + aberta", enquanto o sistema representava um estado híbrido "onda + partícula". . Os pesquisadores já haviam acoplado um sistema alvo a um regulador quântico e testado essas ideias para mostrar como os fótons podem exibir comportamentos semelhantes a ondas ou partículas, dependendo da técnica experimental usada para medi-los. Com base na capacidade de interpolar suavemente as estatísticas entre um padrão de onda e de partícula, os físicos sugeriram a manifestação de comportamentos de transformação no mesmo sistema; reivindicando uma revisão radical do princípio de complementaridade de Bohr.

A estratégia

A princípio, Dieguez et al adotaram um quantificador operacional de realismo dependendo do estado quântico para permitir declarações significativas de qual caminho. Eles também mostraram que não havia conexões entre a visibilidade na saída com os elementos onda e partícula, em relação ao critério de realismo adotado. Os cientistas propuseram uma configuração para estabelecer uma ligação entre a visibilidade e os elementos de onda da realidade dentro do interferômetro e mostraram a relevância das correlações quânticas para a dualidade onda-partícula, seguida de ressonância magnética nuclear para escrutínio experimental para argumentar como os resultados reiteraram as visões originais de Bohr .

Realismo contextual no experimento de escolha retardada quântica (QDCE)

Dieguez et al reavaliaram o QDCE (experimento de escolha retardada quântica) através dos elementos da realidade no sistema experimental atual. Para conseguir isso, eles adicionaram um qubit como um estado semelhante a partícula após passar pelo primeiro dispositivo de superposição ou divisor de feixe e o desfasador na configuração experimental, para implementar uma fase relativa entre os caminhos percorridos pelo qubit. A equipe então ativou o dispositivo de superposição final para observar a transformação do estado em um estado de onda. Com base nas estatísticas na saída do circuito, eles inferiram o caminho que o qubit percorreu no interferômetro. Para entender melhor o processo, eles calcularam o realismo no circuito e propuseram uma estrutura para discutir os elementos da realidade para o comportamento onda-partícula em um dispositivo de interferência controlado por quantum. Os resultados indicaram como os chamados estados semelhantes a partículas correspondiam a uma realidade ondulatória. Como resultado, eles observaram como o qubit sempre se comportou como uma onda dentro do interferômetro em uma abordagem experimental, para demonstrar como a realidade física pode ser determinada pelo estado quântico a cada instante de tempo.

Experiência de realidade controlada quântica (QCRE)

Em seguida, a equipe propôs um experimento para resolver problemas existentes da configuração experimental anterior e para sobrepor efetivamente elementos de onda e partículas da realidade. Eles calcularam os estados de todo o sistema, quando os qubits viajaram dentro do interferômetro logo após a mudança de fase. O dispositivo de interferência colocou o qubit em uma superposição de caminhos para implicar uma realidade ondulatória. Quando Dieguez et al desativou o dispositivo de interferência controlada na nova configuração do QCRE, o qubit continuou percorrendo seu caminho original como uma partícula para mostrar uma diferença fundamental para a configuração original do QDCE. Em contraste com o QDCE, os físicos notaram uma equivalência estrita entre as estatísticas de saída e o comportamento ondulatório dentro do interferômetro. Os resultados corroboraram a formulação original de Bohr do princípio da complementaridade.

Prova de princípio

Em seguida, os cientistas implementaram essas ideias em um experimento de prova de princípio usando uma configuração de ressonância magnética nuclear (RMN) em estado líquido com dois qubits de ½ spin codificados em uma amostra de ^13- Clorofórmio marcado com C diluído em acetona-d6. Eles conduziram os experimentos em um espectrômetro Varian de 500 MHz e usaram o ¹³ C spin nuclear para investigar o realismo e as características de onda e partícula de ¹ H spin nuclear, que englobava os caminhos interferométricos. Dos quatro isótopos de núcleos ¹ H, ¹³ C, ³⁵ Cl e ³⁷ Cl disponível, a equipe apenas regulamentou ¹ H e ¹³ núcleos C. A equipe realizou protocolos interferométricos controlados por ½ quantum de spin celular usando combinações de pulsos de radiofrequência transversais em ressonância com cada um dos núcleos, para observar o padrão interferométrico.

Perspectivas

Dessa forma, Pedro R. Dieguez e colegas empregaram termos de onda e partícula para discutir o comportamento de um sistema quântico que atravessa uma configuração de caminho duplo para produzir alguns sinais e estatísticas na saída. No experimento de escolha atrasada quântica (QDCE), os cientistas observaram como a visibilidade de saída não contava uma história específica sobre o comportamento do qubit dentro do circuito. A equipe então introduziu um experimento de realidade controlado por quantum (QCRE) - um arranjo em que a formação original do princípio de complementaridade de Bohr poderia ser oferecida, ao contrário do QDCE, usando o QCRE, Dieguez et al regulavam os elementos de partículas de onda da realidade, para mostrar a possibilidade de superposição de ondas e partículas na configuração para manifestar "realidades que se transformam". A pesquisa destacou o papel do princípio de complementaridade para transformar estados de realidade em um sistema controlado quântico para fornecer novos insights sobre a natureza da causalidade quântica, quadros de referência e aspectos realistas das propriedades de ondas e partículas ligadas a sistemas quânticos. + Explorar mais

Confirmação experimental da dualidade onda-partícula

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