[發明專利]一種時間-惠勒延遲選擇演示裝置和演示方法

在審

• 申請號: 202010722322.2
• 申請日: 2020-07-24
• 公開（公告）號: CN111724665A
• 公開（公告）日: 2020-09-29
• 發明（設計）人: 李大創;董明新;王鍇;宋偉;丁冬生;史保森
• 申請（專利權）人: 合肥師范學院
• 主分類號: G09B23/22
• 分類號: G09B23/22
• 代理公司: 常州興瑞專利代理事務所(普通合伙) 32308
• 代理人: 王玲玲

本發明涉及一種時間?惠勒延遲選擇演示裝置和演示方法，將惠勒延遲選擇實驗的論證擴展到由大質量粒子和無質量光子組成的混合系統，主要是基于冷原子的拉曼量子存儲實現了把宣布式單光子分為原子集體激發和泄漏脈沖的疊加，從而實現了分束器的作用。另外，通過改變量子隨機數發生器的相對比例、第二個存儲器型分束器的存儲效率以及兩個存儲器型分束器的相對存儲時間，可以實現分束器的比例可調性，從而展示了光的波粒互補性；此外，時間馬赫澤德干涉可以在單模光纖中同時合并兩條路徑，從而極大地簡化了實驗配置，提供了一種結構新穎、易于構建、抗干擾性強的時間?惠勒延遲選擇演示裝置和演示方法。

技術領域：

本發明涉及一種基于冷原子量子存儲的時間-惠勒延遲選擇演示裝置和演示 方法，屬于光信息技術和量子信息技術領域。

背景技術：

從十七世紀開始，人們對光本質的思考一直存在兩個尖銳對立的矛盾學說： 以牛頓為代表的粒子學說和以惠更斯為代表的波動學說，十九世紀六十年代，麥 克斯韋建立了光的電磁理論，證明光是一種電磁波。1905年，愛因斯坦發展了 光的量子理論并成功解釋了光電效應，光的本性又引起了人們的重新思考。波爾 提出，波動性和粒子性是互補的，探測結果會決定這個離子表現出波動性還是表 現出粒子性。

光的波粒互補性是量子世界中最奇特的現象之一，惠勒著名的延遲選擇實驗 證明了量子物理學中的波粒二象性或互補性，其中光的行為由測量選擇決定違反 了人們的直覺。科學家們已經通過各種實驗在線性光學系統、核磁共振以及集成 光子體系中研究了延遲選擇實驗，到目前為止，所有相關實驗都是通過無質量的 單光子或諸如原子之類的大顆粒來證明惠勒的想法，但是，尚無利用光子和原子 組成的混合系統證明波粒互補性的報道。為了很好地理解宏觀系統的玻爾互補原 理，對大質量粒子(例如亞穩態氫原子，具有中子和原子的自旋干涉)的波粒互 補性的研究吸引了人們的興趣，這也在不同原子自旋激發的波-粒疊加實驗中有 一定的應用前景。

發明內容：

本發明的目的在于設計一種結構新穎、易于構建、抗干擾性強的時間-惠勒 延遲選擇演示裝置和演示方法，對光的波粒互補性進行演示和驗證，將惠勒實驗 的論證擴展到由大質量粒子和無質量光子組成的混合系統，這在其他實驗中從來 沒有檢測過。

為了達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

本發明的一個方面，提供了一種時間-惠勒延遲選擇演示裝置，包括：

第一二維磁光阱1a，用于在自發四波混頻過程產生斯托克斯光子和反斯托 克斯光子，所述斯托克斯光子為第一光信號2a，所述反斯托克斯光子為第二光 信號2b，所述第一光信號2a和所述第二光信號2b沿相反方向從所述第一二維 磁光阱1a中出射，所述第二光信號2b通過第一凸透鏡3a收集到第二單光子計 數模塊4b中被檢測到，所述第一光信號2a通過第二凸透鏡3b被耦合到第一單 模光纖5a中；

正交偏振的第一泵浦光6a和第二泵浦光6b沿相反的方向共線傳播入射至所 述第一二維磁光阱1a中，用于產生所述自發四波混頻過程，所述第一泵浦光6a 與所述第二光信號2b成一小角度夾角，所述第二泵浦光6b與所述第一光信號 2a成一小角度夾角；

第二二維磁光阱1b，經所述第一單模光纖5a傳輸后的所述第一光信號2a 通過第三凸透鏡3c后先進入所述第二二維磁光阱1b，再從所述第二二維磁光阱 1b出來，經第四凸透鏡3d后被耦合到第二單模光纖5b中；

第一耦合光束7a入射至所述第二二維磁光阱1b中，用于調節所述第一光信 號2a在所述第二二維磁光阱1b中的存儲時間；

第三二維磁光阱1c，經所述第二單模光纖5b傳輸后的所述第一光信號2a 通過第五凸透鏡3e后，先進入所述第三二維磁光阱1c，再從所述第三二維磁光 阱1c出來，通過第六凸透鏡3f收集到第一單光子計數模塊4a中被檢測到；