Warum erfordert das Dopfer-EPR-Experiment eine Zufallszählung?

Das Dopfer Momentum-EPR-Experiment (1998) scheint eine interessante Optimierung des EPR-Experiments zu bieten.

Weitere Einzelheiten zu diesem Experiment finden Sie unter:

Folie 11: Dopfer Position-Momentum EPR Experiment (1998)

Zusammenfassend sendet das Experiment zwei verschränkte Photonen A und B zu zwei separaten Armen. Arm A hat eine Linse und einen Heisenberg-Detektor, der entweder in der Fokusebene oder in der Bildebene platziert werden kann. Arm B wird auf einem Zweischlitzfilter gesendet. Die beobachteten Ergebnisse dieses Experiments sind wie folgt:

1) Wenn der Heisenberg-Detektor am Arm A in der Brennebene platziert ist, ist die Ausgabe des Zweischlitzfilters am Arm B ein Interferenzmuster

2) Wenn der Heisenberg-Detektor am Arm A in der Bildebene (zweimal die Brennebene) angeordnet ist, ist die Ausgabe des Zweischlitzfilters am Arm B eine inkohärente Summe der Intensitäten von jedem Schlitz

Wie in dem von mir geposteten 3. Artikel-Link vorgeschlagen, scheint es bei der Verwendung von Zeit-Bins überhaupt keine Notwendigkeit zu geben, sich auf den Koinzidenzzähler zu verlassen, da Sie das Interferenzmuster auf jedem Zeit-Bin isoliert von Photonen untersuchen können in anderen Zeitabschnitten empfangen

Bin ich verwirrt? Wie wird die Zufallszählung überhaupt verwendet? Beachten Sie, dass das Interferenzmuster räumlich und nicht zeitlich ist!

Antworten (2)

1) Wenn der Heisenberg-Detektor am Arm A in der Brennebene platziert ist, ist die Ausgabe des Zweischlitzfilters am Arm B ein Interferenzmuster

Das vernachlässigt einen wichtigen Punkt:
Wenn der Detektor an Arm A in der Fokusebene platziert wird, ist er nur für einen kleinen Bereich (oder idealisiert: "nur an einem Punkt") der Fokusebene platziert / empfindlich,
während (mehr oder weniger ) wird während des Experiments die gesamte Fokusebene von Arm A beleuchtet.

Die Koinzidenzbedingung wählt daher ein bestimmtes Muster aus allen ("Leerlauf")-Signalen aus, die am Arm B erkennbar sind,
das sich ansonsten insgesamt (ohne jede Auswahl) zu der "Hüllkurvenform" (oder " inkohärenten Summe ") summiert.

Bearbeiten - Hinweis zu Kommentaren:

Eine äquivalente Beschreibung der Abhängigkeiten zwischen den Detektoren A und B aufgrund der Koinzidenzselektionen ist die „ Klyshko- Relation“, DN Klyshko, Sov. Phys. JETP 67, 1131 (1988), auf die sich B. Dopfer in ihrer Dissertation bezog .

Grob gesagt, soweit ich es verstehe und mich darauf verlassen habe, um es zu kommentieren:

Die detektierten Ereignisse bei B, die nach der Koinzidenzauswahl bzgl. Ereignisse, die bei A detektiert werden, sind "so, als ob" der Detektor A durch eine Lichtquelle ersetzt würde (und der LiO 3 -Kristall durch einen geeignet ausgerichteten Spiegel ersetzt würde); und umgekehrt:
die detektierten Ereignisse bei A, die nach der Zufallsauswahl bzgl. Ereignisse, die bei B detektiert werden, sind "so, als ob" Detektor B durch eine Lichtquelle ersetzt würde (und der Spiegel geeignet platziert ist).

Diese Äquivalenz kann sicherlich versagen, wenn sich die Detektoren A oder B zu schnell bewegen. Daher ist eine Bedingung für eine nützliche Beschreibung, dass einer der Detektoren fixiert bleibt, während sich der andere nur langsam oder in diskreten Schritten bewegt, wenn ein Bereich abgetastet wird; was im Dopfer-Experiment gut zufrieden zu sein scheint.

aber befinden sich die Maxima und die Minima nicht immer an derselben Position relativ zum Detektor von Arm B? Wenn ich in einem gegebenen Zeitintervall genügend Ereignisse in den Bereichen detektiere, in denen Minima erwartet werden, kann ich hinreichend sicher sein, dass sich der Arm-A-Detektor in der Bildebene befindet. Wollen Sie damit sagen, dass es bei Verwendung des Koinzidenzzählers keine einheitlichen Interferenzmuster-Minima gibt? Wie wird das Interferenzmuster dann rekonstruiert?
@diffeomorphism: " Aber befinden sich die Maxima, Minima nicht immer an derselben Position relativ zum Detektor von Arm B? " - Nein, das hängt (durch zufällige Auswahl) von der Platzierung von Detektor A in der Brennebene ab . das Linsenzentrum; wie hier skizziert . Oder vorsichtiger ausgedrückt: Wenn die „ Maxima/Minima-Positionen “ relativ zu den Schlitzen in Arm B variieren und (durch zufällige Auswahl) von der Platzierung von Detektor A abhängen, dann ist die Anordnung (wahrscheinlich) genauso wie von B vorgeschrieben Dopfer .
Tatsächlich hängen die Maxima und Minima von den Armlängen, der Position der Detektoren relativ zu den Linsen usw. ab. Aber ich meine: Sobald sich alle Detektoren und Linsen in festen Positionen befinden (sogar der Detektor von Arm B ist in der Brennebene fixiert um ein Interferenzmuster zu erzeugen), dann werden für diese Anordnung die Maxima und Minima in ihrer Position fixiert. Mein Punkt ist, dass das Timing der einzelnen Photonen, die auf Detektor B treffen, die Position der Interferenzminima NICHT beeinflussen sollte.
@diffeomorphism: Wenn irgendein " Timing " (oder Zufall) außer Acht gelassen wird, also einfach jedes in Arm B detektierte Photon betrachtet wird, dann erhält man überhaupt kein Interferenzmuster, sondern immer nur die "Hüllenform"; unabhängig von Detektor A. Wenn stattdessen Koinzidenzselektion angewendet wird und Detektor A irgendwo in der Fokusebene fixiert wird, bleibt das entsprechende Interferenzmuster bei B erhalten (und wenn Detektor A irgendwo in der Bildebene fixiert ist, dann der entsprechende "Welcher Schlitz". "Muster wird bei B beibehalten). (Ich könnte das explizit zu meiner Antwort hinzufügen ...)
@diffeomorphism: Wenn man sich die Sekte ansieht. 4.3 von univie.ac.at/qfp/publications/thesis/bddiss.pdf Ich habe gerade etwas gelernt: Das inkohärente ("in welche Richtung") Muster (insbesondere Abb. 4.26) wurde gefunden, indem Detektor B fixiert und Detektor A im Bild gescannt wurde Ebene. Und: Die Fixierung von Detektor A in der Bildebene ergab die "Hüllenform" (Abb. 4.21) bei Detektor B auch bei Anwendung der Koinzidenzselektion (entgegen meiner Überlegung beim Schreiben des vorigen Kommentars). Also, um das zu korrigieren: Wenn Detektor A irgendwo in der Bildebene fixiert ist, dann sogar zusammenfallen. Auswahl hilft nicht, ein (großes) Muster bei B zu erkennen.
Mir scheint, Sie haben das Wort „scannen“ in einem anderen Sinn als dem üblichen gemeint. Der Detektor A ist im Wesentlichen ein Bereich, in dem Zeitpunkte und Positionen von Photonenereignissen empfangen werden. Welche andere "Abtastung" muss Detektor A tun, außer in der Bildebene zu bleiben und Photonen einzufangen?
Es ist fast so, als würde ein Nachbearbeitungsalgorithmus mit den Zufallsereignissen gefüttert, der dann das Interferenzmuster erzeugt, aber dies wird nirgendwo klar gesagt (und ich kann kein Wort Deutsch verstehen)
@diffeomorphism: " Es scheint mir, dass Sie das Wort 'Scannen' in einem anderen Sinne als dem üblichen verstanden haben. " -- Entschuldigung, das war nicht meine Absicht; Was ich oben mit "Scannen von Detektor A in der Bildebene" meinte, lässt sich vielleicht besser so ausdrücken: "Verwenden von Detektor A zum Scannen der Bildebene der Linse (in Arm A)". (So ​​erhält man das Bild/Histogramm des "scharfen Dreiecks (der scharfen Dreiecke)"; was jedoch nicht wirklich Gegenstand Ihrer Frage ist.) "fast so, als würde ein Nachbearbeitungsalgorithmus gefüttert " - Nun, ja, Die Zufallsbewertung und -auswahl ist eine Form der Nachbearbeitung.
Die Koinzidenzzählung ist höchstens ein Filterprozess und beeinflusst nur, welche Photonen als Teil des empfangenen Musters betrachtet werden. Es ändert weder die gemessene noch die berechnete Position der Photonen. Vielleicht wird die Koinzidenzzählung nur verwendet, um das Signal-Rausch-Verhältnis zu verbessern? Das würde erklären, warum Cramer glaubt, dass dieses Experiment ohne den Zufallszähler durchgeführt werden kann, wenn man einen empfindlicheren Fotodetektor oder eine kühlere Umgebung verwendet
@diffeomorphism: " Vielleicht wird die Koinzidenzzählung nur dazu verwendet, das Signal-Rausch-Verhältnis zu verbessern? " -- Nein, das ist nur ein willkommener Nebeneffekt. Hauptsächlich stellt die Zufallsauswahl eine bestimmte Beziehung zwischen den dadurch " gefilterten " Paaren her oder offenbart sie; die deutsche Arbeit von B. Dopfer nennt es "die Klyshko-Relation": Was Detektor B sehen kann (während A fixiert ist), ist "so, als ob" eine Lichtquelle bei A und ein Spiegel den LiO3-Kristall ersetzen würden; oder umgekehrt: Was A sehen kann (während B fixiert ist), ist „so, als ob“ B die Quelle wäre. Und das finde ich nicht besonders mysteriös ...
Ich verstehe nicht, wie das funktioniert
@diffeomorphism: " Ich verstehe nicht, wie das funktioniert " - Nun ... vielleicht verstehen Sie, wie man physical.stack.exchange verwendet, um das zu ändern.
Aber genau darum geht es in dieser Frage. Wie die Zufallszählung verwendet wird. Ok, vergiss 'es. Danke aber für die Mühe. Ich gebe mir die Schuld
@diffeomorphism: Ich hatte vor, das Problem in Teile aufzuteilen und zu identifizieren, was Sie bereits verstehen. Insbesondere: Verstehen Sie bei einem Detektor und einer Quelle, wie Sie den Bereich zwischen ihnen charakterisieren können (z. B. in Bezug auf "Anzahl der Schlitze" und "Brennweite")? " [...] worum es bei dieser Frage geht. Wie die Zufallszählung verwendet wird. " -- Das " Wie " ist eine rein technische Frage. Ein "Zweck" ist jedoch: den gegebenen Aufbau mit zwei Detektoren (A und B) mit einem äquivalenten Aufbau mit einem Detektor (entweder A oder B) und einer Quelle (entweder B oder A) in Beziehung zu setzen.

Lässt man jegliches „Timing“ (bzw. den Zufall) außer Acht, betrachtet man also einfach jedes im Arm B detektierte Photon, so erhält man gar kein Interferenzmuster, sondern immer nur die „Hüllenform“

Was er meint, ist, wenn Sie den Zufall außer Acht lassen, erhalten Sie übermäßiges Rauschen von Einzeln (und Doppeln, bei denen der Zwilling unentdeckt bleibt), was das Interferenzmuster übertönt. Sie können diese Art von Argument gegen praktisch jedes FTL-Schema verwenden. Die Frage ist also, warum sich überhaupt die Mühe machen, ein "No-Signaling Theorem" zu entwickeln?

Eine Antwort darauf ist, dass das Argument, dass jedes FTL-Signal durch Rauschen übertönt wird, unzureichend ist. Zum Beispiel können Sie das Rauschen aufgrund von Singles im Dopfer-Experiment herausfiltern, indem Sie einen Drei-Photonen-GHZ-Zustand verwenden. Derjenige hinter dem 2-Spalt, der das Interferenzmuster beobachtet (oder keiner), empfängt 2 Photonen des Trios, das dritte geht zum Heisenberg-Detektor – D1 in Abb. 4.6. Das einzige Rauschen wird von "Nur-Empfänger"-Doubles sowie Triples stammen, bei denen das Gegenteil des Trios niemals D1 erreicht.

Als ich dieses Experiment zum ersten Mal bei Zeilinger sah, Rev. Mod. Phys. 71, 1999, p.S288 war der Gedanke, dass es für FTL-Signalisierung verwendet werden könnte, sofort naheliegend. Anscheinend hatte R. Srikanth dieselbe Idee (Sie können ihn in arxiv nachschlagen). Aber das Experiment ist schwer zu modellieren. Es ist viel einfacher, den Aufbau von Aspect/Grangier/Rogers 1986 (in Europhyiscs Lett. 1, S.173) mit einem verschränkten Zustand und einem Mach-Zehnder-Interferometer zu modellieren und ihn so zu modifizieren, dass das 2. Photon zufällig verwendet wird, was nicht der Fall ist durch die MZ gehen, kann entweder einfach gemessen werden (wie im Experiment) oder zusammen mit einem Strahlteiler und einem zweiten Detektor seine Richtungsinformation in der MZ-Ebene bestimmen lassen. Dinge auf die letztere Weise zu tun, wird offensichtlich das Interferenzmuster zerstören, das Aspect beobachtet hat. Ich habe 2004 einen Artikel darüber geschrieben – sieheInternationales Forum für Weltraumtechnologie und -anwendungen - 2006, M. El-Genk, hrsg. , S. 1409–1414 .

Der Fehler in Ihrem Papier passiert auf Seite 2, wenn Sie sagen, der Zustand nach einer gelöschten Erkennung ist 1 2 | + ⟩ + 1 2 | − ⟩ . Tatsächlich wird es in 50% der Fälle stattdessen so sein 1 2 | + ⟩ − 1 2 | − ⟩ . Im Rest Ihrer Arbeit geht es nur darum, einen reinen Zustand vom maximal gemischten Zustand zu unterscheiden, aber zusammen addieren sich die beiden gelöschten Fälle zu demselben maximal gemischten Zustand wie die nicht gelöschten Fälle.
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