Due cristalli SPDC, PPLN1 e PPLN2, vengono pompati e seminati contemporaneamente dalla stessa pompa e dai laser coerenti del seme, rispettivamente, con conseguente emissione di due fotoni di segnale s1 o s2 per il rilevamento dell'interferenza quantistica a PD. Quindi, i fotoni idler coniugati i1 e i2 forniscono l'informazione su quale percorso (o quale sorgente), dove la purezza della sorgente controllabile è determinata dalla sovrapposizione tra gli SPACS di una delle modalità idler e lo stato coerente invariato di un'altra modalità idler. Due campi inattivi possono essere rilevati indipendentemente dai rilevatori DA e DB. Credito:Istituto per le scienze di base
Il 21° secolo è stata senza dubbio l'era della scienza quantistica. La meccanica quantistica è nata all'inizio del XX secolo ed è stata utilizzata per sviluppare tecnologie senza precedenti che includono informazioni quantistiche, comunicazione quantistica, metrologia quantistica, imaging quantistico, e il rilevamento quantistico. Però, nella scienza quantistica, ci sono ancora questioni irrisolte e persino incomprensibili come la dualità e la complementarità onda-particella, sovrapposizione di funzioni d'onda, collasso della funzione d'onda dopo la misurazione quantistica, entanglement della funzione d'onda della funzione d'onda composta, eccetera.
Per testare quantitativamente il principio fondamentale della dualità onda-particella e della complementarità, è necessario un sistema quantistico composito che possa essere controllato da parametri sperimentali. Finora, ci sono state diverse proposte teoriche dopo che Neils Bohr ha introdotto il concetto di "complementarità" nel 1928, ma solo poche idee sono state testate sperimentalmente, con loro che rilevano schemi di interferenza con scarsa visibilità. Così, il concetto di complementarietà e dualità onda-particella rimane ancora sfuggente e non è stato ancora pienamente confermato sperimentalmente.
Per affrontare questo problema, un gruppo di ricerca dell'Institute for Basic Science (IBS, Corea del Sud) ha costruito un interferometro a doppio percorso costituito da due cristalli parametrici di conversione verso il basso seminati da campi di rinvio coerenti, che è mostrato in Figura1. Il dispositivo genera fotoni di segnale coerenti (quantoni) che vengono utilizzati per la misurazione dell'interferenza quantistica. I quantoni quindi percorrono due percorsi separati prima di raggiungere il rivelatore. I campi Idler coniugati vengono utilizzati per estrarre informazioni sul percorso con fedeltà controllabile, utile per chiarire quantitativamente la complementarità.
(A) Relazione di complementarietà quantitativa P2 + V2 =μs2 rispetto a γ =∣α2∣ / ∣α1∣ e ∣α∣ =∣α2∣. Qui, la prevedibilità del percorso P rappresenta un comportamento simile a una particella, mentre la visibilità di frangia V rappresenta il comportamento ondulatorio del quantone nell'interferometro a doppio percorso. La totalità della complementarità è delimitata dalla purezza della fonte. (B) La purezza della sorgente μs del quantone (fotone del segnale) e l'entanglement E tra il quantone e il rivelatore che percorso (quale sorgente) formano un'altra relazione di complementarità μs2 + E2 =1. Queste due misure sono tracciate rispetto a γ =∣ α2∣ / ∣α1∣ e ∣α∣ =∣α2∣. Credito:Istituto per le scienze di base
In un vero esperimento, la sorgente dei quantoni non è pura a causa del suo entanglement con i restanti gradi di libertà. Però, la purezza della sorgente dei quantoni è strettamente vincolata dall'entanglement tra i quantoni generati e tutti gli altri gradi di libertà rimanenti dalla relazione μ S =√(1— E 2 ), che i ricercatori hanno confermato sperimentalmente.
La dualità onda-particella e la complementarità quantitativa P 2 + V 2 = μ S 2 ( P , prevedibilità a priori; V , visibilità) sono stati analizzati e testati utilizzando questo sistema ENBS (entangled nonlinear bi-photon source), dove gli stati di sovrapposizione dei quantoni sono quantisticamente entangled con stati idler coniugati in maniera controllabile. È stato dimostrato che a priori prevedibilità, visibilità, impigliamento (quindi, purezza della fonte, e fedeltà nel nostro modello ENBS) dipendono strettamente dai numeri di fotoni del fascio di semi. Ciò indica la potenziale applicazione di questo approccio per la preparazione di stati di fotoni entangled distanti.
I punti blu sono dati sperimentali presi dal recente documento del team. I dati sperimentali coincidono con la visibilità V, visibilità non a priori V0 su tutti gli intervalli di γ e |α|. Questo grafico convalida l'analisi del team dei risultati sperimentali ENBS in termini di dualità onda-particella e relazioni di complementarietà quantitativa. Credito:Istituto per le scienze di base
Richard Feynman una volta ha affermato che risolvere il puzzle della meccanica quantistica risiede nella comprensione dell'esperimento della doppia fenditura. Si prevede che l'interpretazione basata sugli esperimenti di interferometria a doppio percorso con ENBS avrà implicazioni fondamentali per una migliore comprensione quantitativa del principio di complementarità e della relazione di dualità onda-particella.
Questa ricerca è stata pubblicata sulla rivista Progressi scientifici.
