Квантовый ластик эксперимент

Эта статья написана как личное размышление, личное эссе или аргументированное эссе , в котором излагаются личные чувства редактора Википедии или представлены оригинальные аргументы по теме. Пожалуйста, помогите улучшить его , переписав в энциклопедическом стиле . ( Июль 2017 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения )

Квантовая механика
Часть серии по
${\ Displaystyle я \ HBAR {\ гидроразрыва {\ partial} {\ partial t}} \| \ psi (t) \ rangle = {\ hat {H}} \| \ psi (t) \ rangle}$ Уравнение Шредингера
Вступление Глоссарий История Учебники
Фон Классическая механика Старая квантовая теория Обозначение Бра – Кет Гамильтониан Вмешательство
Основы Родившееся правило Комптоновская длина волны Согласованность Декогеренция Комплементарность Уровень энергии Запутанность Гамильтониан Принцип неопределенности Основное состояние Вмешательство Измерение Слабое измерение Нелокальность Наблюдаемый Оператор Квантовая Квантовая флуктуация Квантовое число Квантовый шум Квантовая область Квантовое состояние Квантовая система Квантовая телепортация Кубит Вращение Суперпозиция Квантовое вакуумное состояние Симметрия (Спонтанное) нарушение симметрии Состояние вакуума Распространение волн Волновая функция Коллапс волновой функции Дуальность волна-частица Волна материи Прямоугольный потенциальный барьер Пространство фока
Последствия Эффект Зеемана Эффект Старка Эффект Ааронова – Бома Квантование Ландау Квантовый эффект Холла Квантовый эффект Зенона Квантовое туннелирование Фотоэлектрический эффект Эффект Казимира
Эксперименты Неравенство Белла Дэвиссон-Гермер Двойная щель Элицур – Вайдман Франк-Герц Неравенство Леггетта – Гарга Мах – Цендер Поппер Квантовый ластик ( отложенный выбор ) Кот Шредингера Штерн-Герлах Отсроченный выбор Уиллера
Составы Обзор Динамические картинки ( Гейзенберг ; Взаимодействие ; Шредингер ) Матрица Фазовое пространство Суммирование по историям (интеграл по путям)
Уравнения Дирак Хеллманн-Фейнман Кляйн – Гордон Липпманн-Швингер Паули Ридберг Шредингер
Интерпретации Обзор Байесовский Последовательные истории Копенгаген Космологический де Бройль-Бом Ансамбль Скрытая переменная Многомиры Объективный коллапс Квантовая логика Реляционный Стохастик Транзакционный
Дополнительные темы Квантовый отжиг Квантовый хаос Квантовые вычисления Квантовая геометрия Матрица плотности Квантовая теория поля Дробная квантовая механика Квантовая гравитация Квантовая информатика Квантовое машинное обучение Теория возмущений (квантовая механика) Релятивистская квантовая механика Теория рассеяния Теория сверхтекучего вакуума Самопроизвольное параметрическое преобразование с понижением частоты Квантовая статистическая механика
Ученые Ааронов Колокол Блэкетт Блох Бом Бор Родившийся Bose де Бройль Кэндлин Комптон Дирак Дэвиссон Дебай Эренфест Эйнштейн Эверетт Фок Ферми Фейнман Глаубер Gutzwiller Гейзенберг Гильберта Иордания Крамерс Паули ягненок Ландо Лауэ Мозли Милликен Оннес Планк Раби Раман Ридберг Шредингер Зоммерфельд фон Нейман Weyl Вена Вигнер Zeeman Цайлингер Гоудсмит Уленбек Ян
Категории ► Квантовая механика
v т е

В квантовой механике эксперимент с квантовым ластиком представляет собой эксперимент с интерферометром, который демонстрирует несколько фундаментальных аспектов квантовой механики , включая квантовую запутанность и дополнительность . ^[1]^[2] ^[3] Эксперимент с квантовым ластиком - это вариант классического эксперимента Томаса Юнга с двумя щелями.. Он устанавливает, что, когда предпринимаются действия, чтобы определить, через какую из 2 щелей прошел фотон, фотон не может мешать самому себе. Когда поток фотонов отмечен таким образом, интерференционные полосы, характерные для эксперимента Юнга, не будут видны. Эксперимент также создает ситуации, в которых фотон, который был «помечен», чтобы показать, через какую щель он прошел, впоследствии может быть «немаркирован». Фотон, который был «помечен», не может интерферировать с самим собой и не будет создавать полос, но фотон, который был «помечен», а затем «немаркирован», будет интерферировать с самим собой и создавать полосы, характерные для эксперимента Юнга. ^[1]

Эксперимент [ править ]

В этом эксперименте задействован аппарат с двумя основными секциями. После двух запутанныхсоздаются фотоны, каждый направляется в свою секцию аппарата. Все, что делается для изучения пути запутанного партнера исследуемого фотона в части устройства с двумя щелями, будет влиять на второй фотон, и наоборот. Преимущество манипулирования запутанными партнерами фотонов в части экспериментального устройства с двумя щелями состоит в том, что экспериментаторы могут разрушить или восстановить интерференционную картину в последнем, не изменяя ничего в этой части устройства. Экспериментаторы делают это, манипулируя запутанным фотоном, и они могут делать это до или после того, как его партнер прошел через щели и другие элементы экспериментального устройства между излучателем фотонов и экраном обнаружения.В условиях, когда часть эксперимента с двойной щелью была настроена для предотвращения появления интерференционных явлений (поскольку существует определенная информация о том, «какой путь» присутствует), квантовый ластик может использоваться для эффективного стирания этой информации. При этом экспериментатор восстанавливает интерференцию, не изменяя двухщелевую часть экспериментальной установки.^[1]

Вариант этого эксперимента, квантовый ластик с отложенным выбором , позволяет отложить решение о том, измерять ли или уничтожить информацию о том, «какой путь», до тех пор, пока запутанная частица-партнер (проходящая через щели) либо не вмешается в себя, либо нет. ^[4] В экспериментах с отложенным выбором квантовые эффекты могут имитировать влияние будущих действий на прошлые события. Однако временной порядок действий измерения не имеет значения.^[5]

Рис. 1. Перекрещенные поляризации предотвращают появление интерференционных полос.

Сначала фотон проходит через специализированное нелинейно-оптическое устройство : кристалл бета-бората бария (BBO). Этот кристалл преобразует одиночный фотон в два запутанных фотона с более низкой частотой, процесс, известный как спонтанное параметрическое преобразование с понижением частоты (SPDC). Эти запутанные фотоны следуют разными путями. Один фотон попадает непосредственно в разрешающий поляризацию детектор, а второй фотон проходит через маску с двойной щелью во второй разрешающий поляризацию детектор. Оба детектора подключены к схеме совпадений , что обеспечивает учет только запутанных пар фотонов. Шаговый двигательперемещает второй детектор для сканирования целевой области, создавая карту интенсивности. Эта конфигурация дает знакомую картину интерференции.

Рис. 2. Введение поляризатора в верхний тракт восстанавливает интерференционные полосы внизу.

Затем круговой поляризатор помещается перед каждой щелью в двухщелевой маске, создавая круговую поляризацию по часовой стрелке в свете, проходящем через одну щель, и круговую поляризацию против часовой стрелки в другой щели (см. Рисунок 1). (Какая щель соответствует какой поляризации зависит от поляризации, сообщенной первым детектором.) Эта поляризация измеряется на втором детекторе, таким образом «маркируя» фотоны и разрушая интерференционную картину (см. Законы Френеля-Араго ).

Наконец, на пути первого фотона запутанной пары вводится линейный поляризатор , придающий этому фотону диагональную поляризацию (см. Рисунок 2). Запутывание обеспечивает дополнительную диагональную поляризацию в своем партнере, который проходит через маску с двумя щелями. Это изменяет эффект круговых поляризаторов: каждый из них будет давать смесь света с поляризацией по часовой стрелке и против часовой стрелки. Таким образом, второй детектор больше не может определить, какой путь был выбран, и интерференционные полосы восстанавливаются.

Двойную щель с вращающимися поляризаторами также можно учесть, рассматривая свет как классическую волну. ^[6] Однако в этом эксперименте используются запутанные фотоны, которые несовместимы с классической механикой.

Другие приложения [ править ]

Технология квантового стирания может использоваться для увеличения разрешения современных микроскопов . ^[7]

Распространенное заблуждение [ править ]

Очень распространенное заблуждение относительно этого эксперимента состоит в том, что его можно использовать для мгновенной передачи информации между двумя детекторами. Важно понимать роль детектора совпадений в этой экспериментальной установке. Линейный поляризатор на верхнем пути эффективно отфильтровывает половину запутанных фотонов, а через детектор совпадений отфильтровывает соответствующие фотоны на нижнем пути. Детектор совпадений может работать только путем сравнения данных от обоих датчиков, что делает невозможным использование этой установки для мгновенной связи.

Другими словами, только небольшой процент света, проходящего через кристалл BBO, расщепляется на запутанные пары. Подавляющее большинство фотонов, проходящих через кристалл, не расщепляются и должны быть удалены из окончательного набора данных как нежелательный шум. Поскольку у детекторов нет возможности измерить, был ли фотон частью запутанной пары, это решение принимается, глядя на время и отфильтровывая любые фотоны, которые не улавливаются одновременно с их ' twin 'на другом детекторе. Таким образом, когда создается пара запутанных фотонов, но один из двух блокируется поляризатором и теряется, оставшийся фотон будет отфильтрован из набора данных, как если бы он был одним из многих незапутанных фотонов. Если смотреть так,неудивительно, что внесение изменений в верхний путь может повлиять на измерения, выполняемые на нижнем пути, поскольку эти два измерения сравниваются и используются для фильтрации данных.

Обратите внимание, что в конечном состоянии этой экспериментальной установки измерения на нижнем пути всегда показывают размытый узор на необработанных данных. Увидеть интерференционную картину можно только путем фильтрации данных с помощью детектора совпадений и просмотра только фотонов, которые составляют 1/2 запутанной пары.

См. Также [ править ]

Квантовый ластик с отложенным выбором
Эксперимент Уиллера с отложенным выбором
Марлан Скалли

Ссылки [ править ]

^ a b c Уолборн, ИП; и другие. (2002). "Двухщелевой квантовый ластик". Phys. Rev. A . 65 (3): 033818. Arxiv : колич-фот / 0106078 . Bibcode : 2002PhRvA..65c3818W . DOI : 10.1103 / PhysRevA.65.033818 .
↑ Кастнер (2019): «Квантовый ластик с отложенным выбором, не стирает и не задерживает», «Основы физики»
Перейти ↑ Englert, Berthold-Georg (1999). «Замечания по некоторым основным вопросам квантовой механики» (PDF) . Zeitschrift für Naturforschung . 54 (1): 11–32. Bibcode : 1999ZNatA..54 ... 11E . DOI : 10.1515 / зна-1999-0104 . Архивировано из оригинального (PDF) 09.08.2017 . Проверено 10 апреля 2019 .
↑ Юн-Хо, Ким; Ю., Р .; Кулик, ИП; Ши, YH; Скалли, Марлан (2000). «Квантовый ластик с отложенным выбором». Письма с физическим обзором . 84 (1): 1–5. arXiv : квант-ph / 9903047 . Bibcode : 2000PhRvL..84 .... 1K . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.84.1 . PMID 11015820 .
^ Ма, Сяо-песня; Кофлер, Йоханнес; Цайлингер, Антон (2016). «Промедленные эксперименты с отложенным выбором и их реализация». Ред. Мод. Phys . 88 (1): 015005. arXiv : 1407.2930 . Bibcode : 2016RvMP ... 88a5005M . DOI : 10.1103 / RevModPhys.88.015005 .
^ Цзяо, RY; Kwia, PG; Стейнберг, AM (июнь 1995 г.). «Квантовая нелокальность в двухфотонных экспериментах в Беркли». Quantum и Квазиклассическая Оптика: журнал Европейского оптического общества Часть B . 7 (3): 259–278. arXiv : квант / 9501016 . Bibcode : 1995QuSOp ... 7..259C . DOI : 10.1088 / 1355-5111 / 7/3/006 .
^ Ааронова, Якир; Зубайри, М. Сухайль (2005). «Время и квант: стирание прошлого и влияние на будущее». Наука . 307 (5711): 875–879. Bibcode : 2005Sci ... 307..875A . CiteSeerX 10.1.1.110.2955 . DOI : 10.1126 / science.1107787 . PMID 15705840 .

Внешние ссылки [ править ]

Более технический анализ эксперимента с квантовым ластиком
Статья в журнале Scientific American : квантовый ластик своими руками - примечание: только для онлайн-подписчиков SciAm

[Walborn-1] Уолборн, ИП; и другие. (2002). "Двухщелевой квантовый ластик". Phys. Rev. A . 65 (3): 033818. Arxiv : колич-фот / 0106078 . Bibcode : 2002PhRvA..65c3818W . DOI : 10.1103 / PhysRevA.65.033818 .

[2] Кастнер (2019): «Квантовый ластик с отложенным выбором, не стирает и не задерживает», «Основы физики»

[3] Перейти ↑ Englert, Berthold-Georg (1999). «Замечания по некоторым основным вопросам квантовой механики» (PDF) . Zeitschrift für Naturforschung . 54 (1): 11–32. Bibcode : 1999ZNatA..54 ... 11E . DOI : 10.1515 / зна-1999-0104 . Архивировано из оригинального (PDF) 09.08.2017 . Проверено 10 апреля 2019 .

[DCQE-4] Юн-Хо, Ким; Ю., Р .; Кулик, ИП; Ши, YH; Скалли, Марлан (2000). «Квантовый ластик с отложенным выбором». Письма с физическим обзором . 84 (1): 1–5. arXiv : квант-ph / 9903047 . Bibcode : 2000PhRvL..84 .... 1K . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.84.1 . PMID 11015820 .

[MKZ-5] Ма, Сяо-песня; Кофлер, Йоханнес; Цайлингер, Антон (2016). «Промедленные эксперименты с отложенным выбором и их реализация». Ред. Мод. Phys . 88 (1): 015005. arXiv : 1407.2930 . Bibcode : 2016RvMP ... 88a5005M . DOI : 10.1103 / RevModPhys.88.015005 .

[Chiao1995-6] Цзяо, RY; Kwia, PG; Стейнберг, AM (июнь 1995 г.). «Квантовая нелокальность в двухфотонных экспериментах в Беркли». Quantum и Квазиклассическая Оптика: журнал Европейского оптического общества Часть B . 7 (3): 259–278. arXiv : квант / 9501016 . Bibcode : 1995QuSOp ... 7..259C . DOI : 10.1088 / 1355-5111 / 7/3/006 .

[Aharonov2005-7] Ааронова, Якир; Зубайри, М. Сухайль (2005). «Время и квант: стирание прошлого и влияние на будущее». Наука . 307 (5711): 875–879. Bibcode : 2005Sci ... 307..875A . CiteSeerX 10.1.1.110.2955 . DOI : 10.1126 / science.1107787 . PMID 15705840 .