中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)郭光燦院士團(tuán)隊(duì)李傳鋒、許金時(shí)、許小冶等人與南開大學(xué)教授陳景靈合作，首次實(shí)現(xiàn)光子的偏振與其本體分離，揭示了“量子柴郡貓”的獨(dú)特量子特性。該成果近日發(fā)表于《自然—通訊》，加深了人們對(duì)“什么是物理實(shí)在”這一物理學(xué)基本問題的認(rèn)識(shí)。

　　“柴郡貓”是童話《愛麗絲夢(mèng)游仙境》中一只咧著嘴笑的貓，它（本體）可以憑空消失，但笑容（屬性）還掛在半空中。經(jīng)典世界中，物體的物理屬性如質(zhì)量、體積等，與物體的本體不可分離。然而，在量子世界，電子的電荷和自旋、光子的偏振等可以與其本體分離，這種現(xiàn)象被阿哈羅諾夫等人稱為“量子柴郡貓”。此前，實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家在中子和光子干涉實(shí)驗(yàn)中觀察到粒子屬性與其本體分離的現(xiàn)象。但想展示“量子柴郡貓”的獨(dú)特量子效應(yīng)，需要進(jìn)行更復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)。

　　李傳鋒研究組首次利用雙光子系統(tǒng)，展示了兩只“量子柴郡貓”交換笑臉這一獨(dú)特量子效應(yīng)。實(shí)驗(yàn)中需要利用弱值表征柴郡貓（本體）和笑臉（屬性）的位置，然而多體量子系統(tǒng)弱值的提取是個(gè)難題。研究組證明通過對(duì)系統(tǒng)施加微擾可以繞過傳統(tǒng)的弱測(cè)量方法，利用系統(tǒng)探測(cè)概率與微擾強(qiáng)度之間的內(nèi)在聯(lián)系，可以直接得到所需要的弱值。研究組制備出雙光子超糾纏態(tài)，隨后通過虛時(shí)演化在系統(tǒng)中引入微擾，獲得光子的路徑和偏振觀測(cè)量的弱值。通過這些弱值，實(shí)驗(yàn)觀測(cè)到兩光子都處于偏振屬性和光子本體分離的狀態(tài)，并且最后各自得到了另一光子的偏振，實(shí)現(xiàn)了兩只“量子柴郡貓”的無接觸笑臉互換。

　　該成果展示了量子世界中物質(zhì)與其物理屬性靈活多變的關(guān)系。審稿人認(rèn)為，該成果是理解量子力學(xué)基礎(chǔ)問題及量子系統(tǒng)如何從根本上區(qū)別于經(jīng)典系統(tǒng)的重要一步；首次展示了從未謀面的光子之間的屬性交換，是一個(gè)里程碑。

　　相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-020-16761-0