Kausale Erklärung von Vaidmans Gruppenexperiment "Fragen Sie Photonen, wo sie gewesen sind"?

Ist es das richtige Verständnis dieses Experiments – kann es ohne Back-Propagation erklärt werden?

Die Antwort auf diese Frage ist definitiv ja . Tatsächlich liefern die Autoren diese Analyse in den ergänzenden Materialien (1) (pdf mit Zeitschriftenzugriff erforderlich).

Das Feld am Detektor hat für den oben angegebenen ersten Aufbau folgende Form:

Aus dieser Form ist nicht sehr transparent, welche Peaks sich in welcher Situation ergeben, und insofern scheint der TSVF in diesem Fall durchaus sinnvoll zu sein. Einige Schlussfolgerungen lassen sich jedoch ziehen:

1. Die zweiten beiden Amplituden, die in einem Bild vom Pfad-Integral-Typ vermutlich den beiden Pfaden entsprechen würden, die durch das kleinere Interferometer gehen, heben sich im Allgemeinen nicht auf. Die Aussage, dass sich das Interferometer in einer destruktiven Interferenzeinstellung befindet, scheint also nicht ganz richtig zu sein. In der Tat, die unterschiedlichen Frequenzen$f_A$und$f_B$verhindern, dass sie für immer kündigen.

2. Infolgedessen vermute ich, dass im Prinzip immer etwas Strom vorhanden sein sollte$f_A$und$f_B$, sie werden nur sehr stark reduziert (es wäre interessant zu verstehen, um wie viel genau), wenn der Strahl entlang des Spiegels C blockiert wird. Wenn dies nicht der Fall ist, muss aufgrund dieser Terme an anderer Stelle spektrale Leistung vorhanden sein, da sie ein sich bewegendes elektrisches Feld verursachen.

Daher ist mein Verdacht (noch unbestätigt), dass dieses Experiment als Messung einer schwachen Modulation entweder auf einem starken Strahl oder für sich allein gelesen werden kann. Im ersten Fall erhalten Sie ein Feld des Formulars$\epsilon \cos{\omega_{mod} t} + \cos{\omega_c t}$, und im zweiten Fall haben Sie nur$\epsilon \cos{\omega_{mod} t}$. Wenn Sie diese quadrieren, um die Leistung zu erhalten, hat die Modulation selbst eine Ordnungsmacht$\epsilon^2$, aber bei Überlagerung mit dem starken Strahl erhält man Interferenzterme der Ordnung$\epsilon$. Mit anderen Worten, die Effekte einer schwachen Modulation können beliebig größer gemacht werden als die Modulation selbst, indem sie mit einem starken Strahl interferiert wird.

Das klingt natürlich nicht annähernd so spannend wie die Sprache, die die Autoren im Haupttext verwenden, um zu beschreiben, was sie sehen. Dies ist ein gutes Beispiel für ein Gefühl, das ich bei vielen dieser Arten von Papieren habe - sie behaupten, einen neuen auffälligen Effekt zu zeigen, der die Daten erklärt, aber dann im Text oder ergänzenden Material vergraben, geben sie auch zu, dass es einen gibt viel profaneres äquivalentes Bild.

(Anmerkung hinzugefügt: Beim erneuten Lesen des Papiers sehe ich, dass sie diese Perspektive etwas am Ende erwähnen und sagen, dass der "Effekt auf ein winziges Austreten von Licht im inneren Interferometer zurückzuführen ist", was den oben geäußerten Verdacht stützt. Also kann ich es nicht bemängeln die Transparenz der Autoren, finden aber dennoch persönlich einige der philosophischen Diskussionen ein bisschen zu viel für klassische Welleninterferenzen.)

Es ist sehr heikel, über das „richtige Verständnis“ eines solchen Experiments zu sprechen. Wichtiger ist, wie man eine Intuition entwickelt. Die Autoren hier schlagen vor, dass der Vektorformalismus mit zwei Zuständen intuitiv nützlicher ist als eine trajektorienbasierte Sichtweise.

Das ist nichts Neues in dem Sinne, dass wir wissen, dass Quantenobjekte wie Elementarteilchen keine Bahnen haben. Dies wird oft zu Vorstellungen verwässert, die implizieren, dass „wir nicht wissen können/nicht wissen, was die tatsächliche Flugbahn ist“, was hier durch den Titel des Papiers etwas impliziert wird, „Photonen fragen, wo sie gewesen sind“, was stark darauf hindeutet, dass sie irgendwo waren; aber es gibt keine Kontrafaktualität in der Quantenmechanik: Es gibt keine Antwort auf eine Frage, die nicht gestellt wird.

Die in diesem Experiment gestellten Fragen beziehen sich nicht auf Trajektorien. Es geht darum, was Photonen aus dem Gesamtaufbau „sehen“. In dieser Hinsicht ist es analog zum Elitzur-Vaidman-Bombentester oder sogar zum Aharonov-Bohm-Effekt. Diese zeigen, dass ein Quantensystem eine Art nicht-lokales Bewusstsein des Gesamtaufbaus hat, zu dem es gehört.

Der Zwei-Zustands-Vektorformalismus nimmt Nicht-Lokalität ernst, in dem Sinne, dass er vergangene und zukünftige Randbedingungen nicht unterscheidet. Dies ist der Geist des Pfadintegrals, der eine Panoramasicht aus der Vogelperspektive auf ein Quantensystem bietet, das nicht versucht, seine Entwicklung von Moment zu Moment zu beschreiben, sondern sich nur mit der Berechnung der Wahrscheinlichkeiten für die „beobachtbaren Endpunkte“ befasst sein Verhalten sozusagen.

Es macht also Sinn, dass wir, wenn die Informationen, an denen wir interessiert sind, in verschiedenen Teilen eines Aufbaus (hier den Spiegeln) verstreut sind, eine bessere Intuition haben, wenn wir einen Rahmen verwenden, der explizit unbeobachtete Kontinuität aufgibt, als mit einer anderen mentalen Ansicht, die davon ausgeht, dass es eine gibt Bedeutung in Trajektorien.