摘要：在一项新实验的帮助下，研究人员成功地确认了一项十年的理论研究，该研究将量子力学的最根本方面之一（互补原则）与信息理论联系起来。他们的研究为理解未来的量子通信，计量学和密码学提供了一个难题。...

在一项新实验的帮助下，LinköpingUniversity等人的研究人员成功地确认了一项十年的理论研究，该研究将量子力学的最基本方面之一（互补原则）与信息理论联系起来。他们的研究已发表在《科学进展》杂志上，并提供了理解未来量子交流，计量学和密码学的难题。

“我们的结果目前还没有明确或直接的应用。基础研究为未来的量子信息和量子计算机中的未来技术奠定了基础。在许多不同的研究领域，在许多不同的研究领域中都有巨大的新发现。”

但是要了解研究人员所表明的内容，我们需要从一开始就开始。

该光可以是粒子和波浪是量子力学的最不合逻辑的（但同时）的最基本特征之一。这称为波颗粒偶性。

该理论可以追溯到17世纪，艾萨克·牛顿（Isaac Newton）提出光是由颗粒组成的。其他当代学者认为，光是海浪。牛顿终于建议这两者都不是，而无法证明这一点。在19世纪，各种实验中的几位物理学家表明，光实际上是由波浪组成的。

但是在1900年代初期，麦克斯·普朗克（Max Planck）和阿尔伯特·爱因斯坦（Albert Einstein）都提出了光明只是波浪的理论。但是，直到1920年代，物理学家亚瑟·康普顿（Arthur Compton）才能表明光还具有经典的粒子特性。颗粒被命名为光子。因此，结论是，正如牛顿所建议的那样，光可以是粒子和波。电子和其他基本颗粒也表现出这种波粒二元性。

但是不可能以波和粒子的形式测量相同的光子。根据如何进行光子的测量，可见波或颗粒。这被称为互补原则，是由尼尔斯·博尔（Niels Bohr）在1920年代中期开发的。它指出，无论人们决定测量什么，波浪和粒子特征的组合都必须是恒定的。

2014年，来自新加坡的一个研究团队在数学上展示了互补原则与量子系统中未知信息程度之间的直接联系，即所谓的熵不确定性。该连接意味着无论衡量量子系统的波浪或粒子特征的组合如何，未知信息的量至少是一点点信息，即无法估计的波浪或粒子。

LinköpingUniversity与波兰和智利的同事的研究人员现在成功地在新的实验中确认了新加坡研究人员的理论。

“从我们的角度来看，这是显示基本量子机械行为的一种非常直接的方法。这是量子物理学的一个典型例子，我们可以看到结果，但是我们无法可视化实验内部发生的事情。但是它可以用于实际应用。但它几乎是非常有趣的，几乎是哲学的，” Guilherme b Xavier说。

在他们的新实验设置中，Linköping研究人员使用了以圆形运动为前进的光子，称为轨道角动量，这与更常见的振荡运动是向上和向下的。轨道角动量的选择允许实验的未来实际应用，因为它可以包含更多信息。

这些测量是在研究中常用的仪器（称为干涉仪）中进行的，其中光子是在晶体（梁分离器）上拍摄的，该晶体将光子的路径拆分为两个新路径，然后将其反映在第二个梁分离器上，然后根据第二个设备的状态互相测量，然后以颗粒或波浪进行测量。

使该实验设置与众不同的一件事是，研究人员可以将第二光束分离器部分插入光路径。这使得可以在同一设置中以波或颗粒或它们的组合来测量光线或它们的组合。

根据研究人员的说法，这些发现将在量子通信，计量学和密码学方面具有许多未来的应用。但是，在基本层面上还有更多探索。

“在下一个实验中，如果我们在光子达到光子之前更改第二晶体的设置，我们希望观察光子的行为。这将表明我们可以在通信中使用这种实验设置来安全地分布加密密钥，这非常令人兴奋，这是非常令人兴奋的，”丹尼尔·斯佩格尔·莱克斯（Daniel Spegel-Lexne），电气工程系的博士生。