Китайские физики продемонстрировали квантовую интерференцию между волнами различной природы, а именно между фотонами и магнонами. Они повторили опыт Хонга — У — Мандела, где в роли светоделителя выступили темные поляритоны, возбужденные в атомном облаке. Управляя свойствами поляритонов с помощью дополнительного лазера, ученые могли менять характер интерференции от бозонного к фермионному.

Исследование опубликовано в Physical Review Letters.

Квантовой интерференцией называют класс явлений с участием элементарных частиц, атомов или достаточно небольших объектов, чье поведение может быть объяснено только с помощью волновых представлений. Ричард Фейнман неспроста считал этот феномен «лежащим в сердце квантовой механики», поскольку его признаки встречаются в большом количестве областей физики, начиная от ультрахолодной химии и заканчивая атомной гравиметрией. Поскольку фотоны — это тоже квантовые частицы, квантовая интерференция включает в себя и обычную интерференцию света, хорошо описываемую в рамках классической физики. Подробнее о границе между квантовым и классическим читайте в материале «Власть частичного».

Хрестоматийным примером квантовой интерференции по сей день остается мысленный эксперимент с двумя щелями, придуманный Фейнманом. В нем, а также в его различных модификациях и аналогах одна частица переходит в состояние суперпозиции, обусловливающей интерференцию. Вопрос о том, могут ли интерферировать разные частицы, долгое время оставался открытым. Например, Поль Дирак был уверен, что ответ отрицательный. Но великий физик ошибся: его тезис опровергли экспериментально в 1963 году. С тех пор ученые доказали, что квантовая интерференция двух идентичных частиц и квазичастиц наблюдается для любых их типов: от плазмонов до атомов.

Следом физикам стало интересно, могут ли интерферировать неидентичные частицы. Ключом к наблюдению этого необычного эффекта стал элемент, который реализует когерентную связь между двумя типами возбуждений. Именно так удалось экспериментально доказать интерференцию фотонов с различными частотами, а также фотонов и коллективных атомных возбуждений.

Кэюй Су (Keyu Su) из Южно-китайского педагогического университета со своими китайскими коллегами решили пойти дальше и увидели квантовую интерференцию между одиночными фотонами и одиночными магнонами (квантами спинового возбуждения).