量子力学の基礎原理を実験的に実証(Chinese Physicists Settle Einstein and Bohr’s Quantum Debate)

2025-12-08 中国科学院(CAS)

中国の Chinese Academy of Sciences(CAS)傘下の University of Science and Technology of China(USTC)を中心とする研究チームが、約100年前に Albert Einstein と Niels Bohr の間で論争となった量子力学の “粒子としての振る舞い(経路)” と “波としての振る舞い(干渉)” が同時には観測できない、というボーアの「補完性(complementarity)」原理を、実験によって明確に証明した。チームは極めて高い感度を持つ装置を用いて、 “どの経路を通ったか” を測定しようとすると干渉パターンが消えること、逆に干渉パターンを得ようとすると経路情報が消えることを実証。これにより、量子粒子の“経路”と“波”としての性質は、同時に観測できないというボーアの主張が正しいことが、理論ではなく実験によって裏付けられた。論文は著名誌に掲載されている。この記事は、量子力学の基礎における長年の “思想実験” を、現代の技術で物理的実験に落とし込み、決着をつけたことの意義を報じている。

量子力学の基礎原理を実験的に実証(Chinese Physicists Settle Einstein and Bohr’s Quantum Debate)

<関連情報>

量子限界における調整可能なアインシュタイン・ボーア反動スリットゲダンケン実験 Tunable Einstein-Bohr Recoiling-Slit Gedankenexperiment at the Quantum Limit

Yu-Chen Zhang, Hao-Wen Cheng, Zhao-Qiu Zengxu, Zhan Wu, Rui Lin, Yu-Cheng Duan, Jun Rui, Ming-Cheng Chen, Chao-Yang Lu et al.
Physical Review Letters  Published: 2 December, 2025
DOI: https://doi.org/10.1103/93zb-lws3

Abstract

In 1927, during the fifth Solvay Conference, Einstein and Bohr described a double-slit interferometer with a “movable slit” that can detect the momentum recoil of one photon. Their debate centered on this Gedankenexperiment has provided profound insights into the central concepts of quantum mechanics. Despite many efforts to reproduce this conceptual experiment, a linear-optical version with a movable, quantum-limited slit and tunable momentum width remained challenging. Here, we report a realization of the Einstein-Bohr interferometer using a single atom in an optical tweezer, which is cooled to the motional ground state in three dimensions such that its momentum uncertainty is comparable to that of a single photon. We design an interferometric configuration where the single atom serves as an ultralight, quantum-limit beam splitter that is momentum entangled with the input photon. By varying the trap depth of the optical tweezer, we dynamically tune the atom’s intrinsic momentum uncertainty, thus enabling the observation of a gradual shift in the visibility of single-photon interference. The interferometer also allows us to distinguish the classical noise caused by atom heating from the quantum-limited noise due to the momentum transfer, illustrating a quantum-to-classical transition.

1701物理及び化学
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