我校大珩量子调控协同创新中心科研团队首次实验证实波函数客观实在性
本报讯 日前，大珩量子调控协同创新中心的联合研究团队首次通过实验证实了量子理论中波函数的物理实在性，为玻尔与爱因斯坦始于二十世纪初的巅峰论战———测量前的波函数是否描述量子客体真实的存在状态与动力学特性（物理实在性）———画上句号。该成果以“Quan鄄tumtwisteddouble-slitsexperiments:con鄄firmingwavefunctions’ physicalreality”为题发表在 ScienceBulletin（2017，62,1185-1192)上，并被选为当期封面故事。我校理学院朱智涵教授和中国科学技术大学史保森教授为文章共同通信作者，哈尔滨理工大学为第一通信单位。随后该刊以 “量子螺旋蟠龙证实波函数物理实在性”为题对其进行了亮点报道。日前，该项工作入围2017年度中国光学十大进展。
该联合研究团队提出了量子螺旋双缝理论及实验方案，该方案的具体思路是：将预报单光子经“螺旋双缝”装置（空间光调制器）转化为轨道角动量（OrbitalAngularMomentum,OAM）自由度下的叠加态；由于不同OAM模式的群速不同进而造成不同的到达时间；选择性地接收某一模式路径到来的单光子 （粒子观测方式），再通过双光子 (Hong-Ou-Mandel,HOM)干涉测量其到达时间并与接收（测量）到的量子态进行比对，进而验证光子传播历史是否由测量决定。实验发现，尽管以“粒子”观测方式选择性接收高斯光子且光子计数信号无干涉现象，但随后光子计数信号与参考光子间 HOM干涉表明信号光子在塌缩前的飞行过程中始终处于其波函数描述的波动属性。
该研究首次阐明了光子在测量前的真实传播历史，波函数的非定域性和客观实在性同时得到了证实。同时，该研究还表明测量中的非定域塌缩可导致动力学过程时间反演对称破缺，解答了Loschmidt在量子力学诞生之前就提出的可逆性悖论：如何从时间对称的动力学得到不可逆的结果？为什么动力学理论都是时间反演对称的，而宇宙的时间之矢却永远向前？
此外，研究人员还依据结果绘制了一幅卡通画《量子螺旋蟠龙》，图中的阴阳代表螺旋双缝装置，龙的头部与尾部代表量子实体的粒子特性，中间双重身体代表波动特性，底部的乾坤圈代表粒子表象的测量装置。阴阳将龙由粒子性转换为波动性，最后在底部的乾坤圈处再次回归粒子性。真相被长期隐藏的关键在于如果通过底部乾坤圈向上观测，只能看见龙的一个身体。
（本报记者 徐 状 陈 莹）