Эксперимент квантового ластика с отложенным выбором

Summary

Эксперимент квантового ластика с отложенным выбором демонстрирует важные принципы квантовой механики, такие как запутанность фотонов и интерференция. Фотон, проходящий через два щелевых отверстия, создает парные запутанные фотоны, чье взаимодействие в детекторах приводит к образованию интерференционных картин, когда информация о пути отсутствует. Как только информация о пути доступна, интерференция исчезает. Этот эксперимент подтверждает основные постулаты квантовой механики и показывает, что информация не может передаваться быстрее скорости света, несмотря на кажущиеся парадоксы, объясняемые стандартной квантовой теорией.

Takeaways

• 😀 Эксперимент квантового ластика с отложенным выбором сочетает два эксперимента с запутанными состояниями и щелями, которые объясняются стандартной квантовой механикой.
• 😀 Основной эксперимент заключается в том, что фотон, проходящий через щель, разделяется на пару запутанных фотонов, один из которых попадает в детекторы, а другой участвует в формировании интерференционной картины.
• 😀 На детекторе D0 можно наблюдать интерференционную картину, если нет информации о том, через какую щель прошел фотон.
• 😀 Когда фиксируется информация о траектории фотона через детекторы D1 или D2, интерференции на детекторе D0 не происходит.
• 😀 Принцип Квантовой механики гласит, что интерференция возникает только в случае отсутствия информации о том, какой из путей был реализован.
• 😀 Когда фотон попадет в детектор D1 или D2, информация о пути отсутствует, и фотон вносит вклад в интерференционную картину.
• 😀 Измерения, произведенные в детекторах D3 или D4, не влияют на интерференцию на D0, так как информация о пути фотона уже зафиксирована.
• 😀 Некоторые ошибочно считают, что информация, полученная на нижних детекторах, нарушает причинно-следственную связь и передает информацию быстрее скорости света.
• 😀 В действительности, квантовая механика позволяет обновить вероятность нахождения фотона на основе измерений, что соответствует процессу байесовского обновления.
• 😀 Необходим обмен классической информации через счетчик совпадений для извлечения интерференции из шума, и никакие взаимодействия не нарушают причинность в рамках стандартной квантовой механики.

Q & A

Что такое эксперимент квантового ластика с отложенным выбором?

Это комбинация двух селевых экспериментов, связанных с запутанными состояниями фотонов, в которых происходит разбивка одного фотона на пару запутанных фотонов, и измерение этих фотонов дает информацию о вероятностных распределениях, включая интерференционные эффекты.

Как работают запутанные состояния в этом эксперименте?

Когда один фотон проходит через щель, он распадается в нелинейном оптическом кристалле на пару фотонов, которые оказываются в запутанном состоянии. Эти фотоны затем взаимодействуют с детекторами, создавая определенные траектории, которые могут приводить к появлению интерференции, если информация о том, какой путь был пройден, отсутствует.

Что происходит, если информация о пути фотона известна?

Если информация о пути фотона известна, то запутанный фотон не влияет на интерференцию, и на детекторе не возникает интерференционной картины, поскольку система теряет свою квантовую неопределенность.

Как на детекторе D0 проявляется интерференционная картина?

Интерференционная картина на детекторе D0 возникает только в случае, если информация о том, какой из путей был выбран, отсутствует. В случае фиксирования фотона в детекторе D2 или D1, его путь не определен, и это позволяет наблюдать интерференцию.

Какие эффекты возникают при отсутствии информации о пути фотона?

Когда информация о пути фотона отсутствует, это позволяет его запутанному партнеру вносить вклад в интерференционную картину на детекторе D0. В этом случае наблюдается изменение вероятности для каждого пути, и возникает четкое распределение, зависящее от момента измерения.

Как влияет измерение на квантовую систему?

Измерение квантового состояния приводит к коллапсу волновой функции, после чего обновляется распределение вероятностей для возможных исходов, таких как попадание фотона в тот или иной детектор. Это является классическим примером байесовского обновления вероятностей.

Почему невозможно передавать информацию быстрее скорости света в этом эксперименте?

Запутанные состояния не позволяют передавать информацию быстрее скорости света, потому что изменения, связанные с измерениями, не влияют на исходные данные мгновенно. Необходимо обменяться классической информацией, чтобы восстановить интерференцию и наблюдать квантовые корреляции.

Как классическая информация используется для фильтрации шумов?

Классическая информация используется для того, чтобы определить, какой детектор зафиксировал фотон. Это помогает отфильтровать фоновый шум и выделить вклад запутанных фотонов в интерференцию. Без такой информации результаты будут усреднены, и интерференция не проявится.

Какие теоретические выводы можно сделать из этого эксперимента?

Эксперимент показывает, что отсутствие информации о пути фотона позволяет наблюдать интерференцию, а знание пути нарушает эту картину. Это подтверждает основные принципы квантовой механики, включая коллапс волновой функции и зависимость вероятности от полученной информации.

Каковы основные принципы, объясняющие отсутствие нарушения причинно-следственной связи?

Несмотря на кажущееся влияние будущего на прошлое, на самом деле не происходит нарушения причинно-следственной связи. Измерение на детекторе D0 приводит к обновлению вероятностей для нижних детекторов, но это не означает, что одно событие влияет на другое заранее. Это всего лишь обновление вероятности, основанное на новых данных.