波粒二象性(波粒二象性的实验证实)
两个SPDC晶体PPLN1和PPLN2分别由相同的泵浦和与种子相关的激光器泵浦和种子，导致发射两个信号光子s1或s2，用于PD处的量子干涉检测。然后，哪个路径(或哪个源)信息由共轭空闲模式i1和i2提供，其中可控源的纯度由一个空闲模式的SPACS和另一个空闲模式的不变相关状态之间的重叠来确定。两个空空闲场可以由检测器DA和DB独立检测。资料来源:基础科学研究所
21世纪无疑是量子科学的时代。诞生于20世纪初的量子力学被用来发展量子信息、量子通信、量子计量、量子成像和量子传感等前所未有的技术。然而，在量子科学中，波与粒子的对偶性和互补性、波函数的叠加、量子测量后波函数的坍缩以及复波函数的波函数纠缠等问题至今仍未解决甚至无法理解。
为了定量检验波粒二象性和互补性的基本原理，我们需要一个可以被实验参数所掌握的量子复合系统。到目前为止，在尼尔斯·玻尔于1928年提出“互补性”概念后，已经有了几个理论建议，但只有少数想法得到了实验的验证，它们可以在低能见度下检测干预模式。因此，互补性和波粒二象性的概念仍然难以捉摸，在实验中也没有得到充分证实。
为了理解这个问题，基础科学研究所(IBS，Korea)的一个研究团队构建了一个双通道干涉仪，该干涉仪由两个通过相关空跃迁播种的参数下转换晶体组成，如图1所示。该装置产生相关的信号光子(量子)用于量子干涉测量。在到达探测器之前，量子沿着技术资源网络的两条不同路径传播。利用共轭空跃迁提取路径信息，保真度可控，有助于定量解释互补关系。
(a)p2+v2 = S2和= 2∣/ 1∣和2∣.之间的数量互补关系其中，路径可预测性P代表量子在双向干涉仪中的类粒子行为，而条纹可见度V代表量子的类波行为。互补性的总和受到来源纯度的限制。(b)量子(信号光子)的源纯度S和量子与哪个路径(哪个源)探测器之间的纠缠E形成另一个互补关系s2+E2 = 1。这两个测量值是根据=∣2∣/∣1∣和∣∣=∣2∣.绘制的资料来源:基础科学研究所
在实际实验中，量子的起源并不纯粹，因为它与剩余的自由度纠缠在一起。然而，量子源的纯度受到产生的量子和所有其他剩余自由度之间纠缠的严格约束，这种关系是s =√(1-E2)，这一点得到了研究人员在实验中的证实。
P2+V2 = s2 (P，先验技术资源网络的先兆；利用纠缠非线性双光子源(ENBS)系统，以可控的方式分析和测试了量子叠加态和共轭空跃迁态之间的量子力学纠缠。结果表明，先验可预测性、可见度和纠缠度(因此，ENBS模型中的源纯度和保真度)严格依赖于种子光束的光子数。这表明了这种方法在制备长距离纠缠光子态中的潜在应用。
蓝点是从该团队最近的论文中获得的实验数据。在所有和|||尺度下，实验数据与能见度V一致，而不是与之前的能见度V0一致。这张图验证了该小组基于波粒二象性和数量互补性对ENBS测试结果的分析。资料来源:基础科学研究所
理查德·费曼技术资源网曾说，解决量子力学的问题在于对双缝实验的理解。预计对基于ENBS的双向干涉测量实验的解释将对更好地定量理解互补原理和波粒二象性具有重要意义。
这项研究发表在《科学进展》杂志上。