Експеримент 'Квантовий Видаляч': Відновлення Прихованої Інтерференції

Визначте шлях фотона та інтерференція зникає

Звичайна подвоєнопрохідна інтерференція вимагає, щоб не було жодного способу, навіть теоретично, знати, через який проміжок пройшло задане частинку — візерунок побудований із взаємодії двох неоднакових за можливостями. Експеримент з квантового стирача починається з навмисного порушення цієї недоступності: зв’язати кожен фотон, що проходить через проміжки, з другим маркером фотоном, стан якого записує інформацію про шлях (наприклад, поляризаційний стан, який відрізняється залежно від того, через який проміжок пройшов перший фотон). Миттю, коли існує будь-яка інформація про шлях у Всесвіті, навіть якщо її ніхто не спостерігав, інтерференційні візерунки на детекторі зникають — в середньому для всіх фотонів візерунок стає простим сумою двох окремих розподілів однопрохідних проміжків.

Видалення маркера відновлює інтерференцію — в підмножині

Наступний крок, який дає змогу назвати експеримент ім’ям його задумника: виміряти маркеру фотон у базі, яка поєднує інформацію про ‘який шлях’ та не читає його безпосередньо — для поляризаційного маркера це означає вимірювання під діагональним кутом замість вздовж осі, що відрізняє два шляхи. Сортуйте оригінальні удари фотона на детекторі відповідно до результату вимірювання маркера, і в кожній відсортованому підмножині з’являються інтерференційні пірїнки, незважаючи на те, що сукупні дані (об’єднання всіх підмножин) взагалі не показують пірїнок. ‘Видаляч’ не скасовує попереднього позначення ‘який шлях’; він обирає вимірювальну базу на маркері, яка більше не містить інформацію про ‘який шлях’, а сортування за результатом цього вимірювання відновлює когерентність у кожній отриманій групі.

Чому це не дозволяє надсилати сигнали назад у часі

Затримано-вибірні версії цього експерименту – де рішення про видалення або не видалення маркера приймається після того, як початкова фотонна частинка вже потрапила на екран детектора – призвели до захоплених тверджень про ретрокаузальність, але фактична фізика є більш рутинною та повністю узгоджується з причинністю. Повний, невідсортований набір вимірів детекторів ніколи не показує інтерференції, незалежно від того, що пізніше робиться з маркерами; лише після порівняння кожного виміру детектора з його правильно зіставленим результатом вимірювання маркера з'являється фрактальний патерн у відповідному підмножині. Це порівняння потребує звичайного, не надшвидкого обміну результатами вимірювання маркера, тому жодна інформація не може бути отримана швидше за світло і жоден сигнал не може справді відправитися в минуле.

Що насправді потрібно від маркера

Критична вимога полягає не в буквальному навчанні, яким шляхом було пройдено – це те, що два шляхи стають розрізнюваними принципово завдяки заплутаному маркеру, незалежно від того, чи хтось його вимірює. Маркер, який лише частково розрізняє шляхи (наприклад, обертання поляризації менше ніж на 90 градусів замість повного перевертання), виробляє часткову інформацію про шлях і відповідно частну видимість інтерференційних кілець – взаємодія та розрізнюваність безперервно торгівля між собою, кількісна залежність, яка формалізується в рівняннях хвилі-частинки, що обмежують те, скільки з кожного ви можете одночасно мати.

Що це розкриває про неповідність

Квантове стирання часто представляється як доказ проти наївного уявлення, в якому частинки просто рухаються визначеним непомітним шляхом через одне отвору чи інше — якщо цей шлях був би прихованим, але попереднім фактом, жоден подальший вибір щодо вимірювання фотона, що заплутаний маркером, не повинен був би здатний відновити інтерференційні плями для будь-якого підмножини подій. Замість цього, схема результатів є точною, що передбачається стандартною квантовою механікою, з урахуванням заплутування та вибору бази, і експеримент найкраще розуміється як чисте зображення неповідності: інформація про шлях і видимість інтерференції є двома аспектами однієї системи, які не можуть повністю бути присутніми одночасно, а вимірювання стирання просто обирає, після того, як відбулося, який аспект даних буде аналізуватися для розкриття.

Часті запитання

Спробуйте наживо

Усе, що вище, працює прямо у вашому браузері — відкрийте Quantum Eraser і змінюйте параметри під час роботи. Нічого не встановлюється, нічого не завантажується на сервер, уся модель живе в одній вкладці.