Was ist falsch an diesem Experiment, das zeigt, dass entweder FTL-Kommunikation möglich ist oder Komplementarität nicht gilt?

Diese Seite enthält eine gute einfache Zusammenfassung des Experiments. Sie zeigen das folgende einfache Schema eines Quantenlöschers mit verzögerter Auswahl (das gleiche wie in Abbildung 1 in der Originalarbeit von Kim et al.):

Wenn Alice in diesem Fall das verschränkte "Idler-Photon" bei D3 oder D4 erkennt, weiß sie, ob das "Signalphoton" durch Schlitz A oder Schlitz B gegangen ist, aber wenn der Idler bei D1 oder D2 erkannt wird, dann das welche Pfadinformationen für das Signalphoton "gelöscht" werden. Alice stünde frei, die Strahlteiler BSA und BSB durch Spiegel zu ersetzen, um sicherzustellen, dass alle Idler-Photonen auf den mittleren Strahlteiler BS gelenkt werden, um sicherzustellen, dass sie alle bei D1 oder D2 landen und ihre Informationen über den Pfad gelöscht werden. Es wäre ihr auch freigestellt, BSA und BSB einfach zu entfernen, sodass alle Leergänger bei D3 und D4 landen würden, sodass bei keinem von ihnen die Welcher-Pfad-Informationen gelöscht würden. Und für ein ausreichend großes Setup kann sie im Prinzip beide Entscheidungen treffenBob hat bereits das Muster der Signalphotonen beobachtet, die den Doppelspalt passiert haben und bei D0 detektiert wurden (die Position von D0 soll variiert werden, um zu sehen, wie viele Signalphotonen es an verschiedenen Positionen detektiert, aber Sie können D0 gerne durch die ersetzen Ein traditionellerer "Bildschirm" hinter einem Doppelspalt, wenn dies klarer wird, ist der Punkt, dass Sie hier entweder ein Interferenzmuster oder ein Nicht-Interferenzmuster erwarten, je nachdem, ob Sie wissen, durch welchen Spalt das Signalphoton gegangen ist ).

Der Schlüssel, warum dies keine FTL oder Rückwärts-in-Zeit-Signalisierung zulässt, ist, dass Bob niemals ein Interferenzmuster im Gesamtmuster der Signalphotonen sieht , die durch die Schlitze gehen, er kann nur ein Interferenzmuster sehen, wenn er hinschaut die Teilmengevon Signalphotonen, von denen er weiß, dass sie mit Photonen verschränkt waren, die an einem der beiden Detektoren D1 oder D2 landeten, die den Pfad löschen. Wenn Sie das, was die Originalarbeit die "gemeinsame Erkennung" von Signalphotonen mit Idlern nennt, die alle zu D1 gingen, grafisch darstellen, sehen Sie ein Interferenzmuster, ebenso, wenn Sie die gemeinsame Detektion von Signalphotonen mit Idlern, die alle zu D2 gingen, grafisch darstellen, sehen Sie ein Interferenzmuster. Aber selbst wenn Alice sicherstellt, dass alle Idler zu D1 oder D2 gehen, indem sie BSA und BSB durch Spiegel ersetzt, ist das Gesamtmuster von Signalphotonen, das Bob bei D0 sieht, die Summevon Signalphotonen, die mit Leerlaufern verschränkt sind, die bei D1 enden, und Signalphotonen, die mit Leerlaufern verschränkt sind, die bei D2 enden - und die Summe der beiden "gemeinsamen Erkennungs"-Muster ist eigentlich kein Interferenzmuster, weil die Spitzen des D1-Interferenzmusters mit den Tälern des D2-Interferenzmusters ausrichten und umgekehrt. Dies wird in einem anderen Diagramm von der Seite veranschaulicht, auf die ich zuvor verlinkt habe:

Sie können es auch in der Grafik der Interferenzmuster R01 und R02 auf der Wikipedia-Seite sehen:

Die Originalarbeit von Kim et al. vermerkt dieses Problem auf S. 2 und sagte: "Es ist klar, dass wir das Standard-Young-Doppelspalt-Interferenzmuster beobachtet haben. Es gibt jedoch ein$\pi$Phasenverschiebung zwischen den beiden Interferenzstreifen."

Unabhängig davon, was Alice tut, sieht Bob also niemals ein Interferenzmuster, wenn er nur das Gesamtmuster der bei D0 ankommenden Signalphotonen betrachtet. Erst nachdem er mit Alice kommuniziert und erfahren hat, welche Idler zu welchen Detektoren gegangen sind, kann er bestimmte Teilmengen betrachten von Signalphotonen, deren Idler alle zu einem bestimmten Detektor gingen, und sehen ein Interferenzmuster, wenn dieser Detektor D1 oder D2 ist.

Wenn ich das richtig verstehe, erzeugen Alice und Bob ein verschränktes Photonenpaar und nehmen jeweils eines auf. Alice macht etwas mit ihrem (Sie haben zu einem bestimmten Zeitpunkt ein Quantenlöscher-Experiment angegeben, aber ich werde diese Annahme nicht treffen), während Bob mit seinem ein Standard-Doppelspalt-Experiment durchführt.

Ein kleiner Punkt hier ist, dass Sie mit einem Photon nie Interferenzstreifen bekommen, nur einen Punkt, aber sie können das umgehen, indem sie das Experiment viele Male wiederholen, wobei Alice versucht, jedes Mal die gleichen Informationen zu senden, bis sich ein Muster gebildet hat auf Bobs Bildschirm.

Das Ergebnis dieses Experiments hängt davon ab, ob eine Messung von Alices Photon zeigen könnte, durch welchen Schlitz Bobs Photon gegangen ist. (Eine genauere Beschreibung des experimentellen Aufbaus würde diese Frage klären.) Wenn ja, dann sieht Bob kein Interferenzmuster, egal was Alice tut. Denn damit das Interferenzmuster verschwindet, muss lediglich die Welche-Pfad-Information irgendwo aufgezeichnet und prinzipiell messbar sein; es spielt keine Rolle, ob die Messung tatsächlich stattfindet.

Wenn dies nicht möglich ist, wird Bob ein Interferenzmuster sehen, egal was Alice tut, denn jede Messung, die Alice durchführen könnte, wird den Teil der Wellenfunktion, der sich auf die beiden Schlitze bezieht, nicht kollabieren lassen. Kollaps ist nicht alles oder nichts; nur der der Messgröße zugeordnete Teil der Wellenfunktion bricht zusammen.

Diese beiden Fälle sind eigentlich zwei Enden eines Kontinuums; Wenn Messungen an Alices Photon Teilinformationen über den Weg liefern können, sieht Bob ein Muster, das zwischen dem vollständig interferierenden und dem nicht interferierenden Muster liegt. Aber in keinem Fall hängt das Muster davon ab, was Alice tatsächlich mit ihrem Photon macht, sondern nur davon, was es ihr im Prinzip sagen könnte.

In dem Artikel "Zeitaufgelöstes Doppelspaltexperiment mit verschränkten Photonen" (in Ihrer Antwort erwähnt) scheint es, obwohl der Text für Abb. 4 sagt: "Interferenzmusterstreifen bewegen sich, wenn die Phase vom QWP aus der Ferne geändert wird", dass sie sprechen von Streifen, die erst nach der Nachauswahl mit D1 oder D2 erscheinen, wie im üblichen Quantenlöscher-Setup. Beachten Sie, dass die Streifen in Fig. 4(B/D) mit "angekündigt durch D1/D2" gekennzeichnet sind, und Fig. 4(A) eine vollständige Erkennungshüllkurve ohne Streifen zeigt.

Ich habe nur die Zusammenfassung des in Ihrer Frage erwähnten Papiers gelesen, aber darin wird nur eine Verletzung des Grundsatzes der Komplementarität behauptet. Anders als das Unbestimmtheitsprinzip ist das Komplementaritätsprinzip kein grundlegendes Prinzip der Quantenmechanik und hatte nie eine mathematische Standardformulierung. Wenn sich ein bestimmter Formalisierungsversuch als falsch herausstellt, ist das für die Quantenmechanik kein Problem.