Fragen zum Delayed-Choice-Quantum-Eraser-Experiment

a) Was würde passieren, wenn wir 8 ns vor dem Erreichen von D3 oder D4 durch die verschränkten Idler-Photonen bei D0 KEINE Interferenz erkennen und uns entscheiden würden, die BSa- und BSb-Strahlteiler wirklich, sehr schnell zu entfernen, sodass die Idler-Photonen entweder zu D1 oder D2 wandern würden stattdessen ist der "Welcher Pfad" nicht bekannt und daher sollten wir tatsächlich ein Interferenzmuster bei D0 sehen.

Wenn Sie nur die Daten bei D0 allein betrachten, sehen Sie nie ein Interferenzmuster. Photonen kommen mit einer bestimmten Rate durch die anfängliche Doppelverschiebung. Jedes Mal, wenn man durchkommt, erfährt es eine spontane parametrische Abwärtswandlung, so dass wir ein Paar Photonen haben. Wenn die Hälfte des Paares für D0 ist, erkennen wir es. Wo es landet, landet es. Sie müssen viele Ergebnisse erzielen, bevor Sie überhaupt ein Muster erhalten. Man kann also nicht sagen "keine Interferenz" und insbesondere ist ein Interferenzmuster wirklich ein Frequenzhistogramm. Wenn Sie zwei Histogramme haben, bei denen die Täler des einen an den Spitzen des anderen ausgerichtet sind, weist das kombinierte aggregierte Häufigkeitshistogramm keine Spitzen und Täler auf. Sie können also nicht warten, bis Sie kein Muster sehen, und dann die Strahlteiler entfernen. Das Muster ergibt sich daraus, dass jeder Treffer bei D0 mit einer Zeit gekennzeichnet und später in Gruppen sortiert wird, wobei die Spitzen einer Gruppe auf den Tälern der anderen Gruppe liegen. Das "Interferenzmuster" kommt also erst später. Auch ohne die zusätzlichen Strahlteiler kommt es später, weil R1 (Koinzidenz mit D1) und R2 (Koinzidenz mit D2) die ursprüngliche D0-Sammlung in zwei verschiedene Gruppen einteilen. Stellen Sie sich vor, Sie sehen ein Muster, das nicht wie ein Interferenzmuster aussah, und dann erhalten Sie 8 ns später von jedem Treffer Informationen, um die einzelnen Punkte mit einem fröhlichen oder traurigen Gesicht zu kennzeichnen, und Sie sehen, dass die Verteilung der fröhlichen Gesichter Spitzen und Täler entwickelt traurige Gesichtsverteilung entwickelt Spitzen und Täler und die Täler des einen sind die Spitzen des anderen und umgekehrt.

Das Entfernen der zusätzlichen Strahlteiler bedeutet nur, dass Sie die Ergebnisse in zwei statt in vier Dinge sortieren können. Sie sehen kein Interferenzmuster in den aggregierten Ergebnissen bei D0, Sie sehen es nur, nachdem Sie die Ergebnisse sortiert haben, sehen Sie es in den beiden Histogrammen. Und Sie wissen erst 8 ns später, wenn Sie bei D1 oder D2 erkennen, in welche Gruppe ein bestimmtes Ergebnis einsortiert wird.

b) Wenn wir entweder den Spiegel Mb oder Ma nur ein kleines bisschen von seiner Position verschieben würden, so dass der rote oder blaue Pfad für das Photon etwas unterschiedlich lang wäre, könnten wir das nicht über die Zeit sagen Aus welchem ​​der beiden Schlitze kam es, um entweder die D2- oder die D1-Detektoren zu erreichen?

Erstens gibt es einen gewissen Spielraum, ein Strahl, der nicht ewig eingeschaltet war, ist nicht perfekt monochromatisch, also gibt es etwas Spielraum, um die Spiegel ein wenig zu bewegen. Zweitens passiert, wenn Sie die Spiegel bewegen, dass D1 und D2 mit unterschiedlichen Raten feuern, also sortieren Sie jetzt die Ergebnisse bei D0 in zwei ungleiche Gruppen und jetzt stimmen die Spitzen und Täler der beiden Untergruppen nicht mehr perfekt überein und desto größer man sieht immer weniger Interferenzmuster geformt, bis in einer magischen Entfernung nur noch ein Detektor D1 oder D2 ausgeht (sagen wir, in einer bestimmten Entfernung geht nur D1 aus) und Sie sortieren jetzt die Ergebnisse von D0 in nur eine Gruppe.

c) Wenn wir D0 durch einen anderen Doppelspalt ersetzen, wobei der rote und der blaue Pfad jeweils auf einen der beiden Schlitze zeigen. Würde im Fall, dass das Idler-Photon D3/D4 erreicht, das Signalphoton genau einen der Spalte wählen, also nicht mit sich selbst interferieren?

Kurze Antwort, du hast recht. Die Wellenform muss sich jedoch im Multipartikelraum bewegen. Eine Wellenfunktion ist kein Feld im dreidimensionalen Raum. Und das sogar ohne das Hinzufügen eines zweiten Doppelspalts. Aus diesem Grund haben die Histogramme von R3 und R4 keine Spitzen und Täler (nun, sie haben jeweils eine Spitze und keine Täler, es sei denn, Sie betrachten es als Täler im Unendlichen, dass sie sich auf eine endliche Region konzentrieren). Ein zweiter Doppelspalt ist also für R3 und R4 irrelevant.

Falls Sie vorhatten, einen zweiten Doppelschlitz für etwas anderes zu verwenden, werde ich näher darauf eingehen, was er tun würde, wenn überhaupt.

Ein Doppelspalt ist keine Zauberei und funktioniert nur in ganz besonderen Situationen auf eine ganz bestimmte Weise. Zum Beispiel hat der ursprüngliche Doppelspalt eine Laserwellenfront, die hineinkommt, so dass die Wellen, die aus jedem Schlitz kommen, in Phase zueinander sind. Außerdem ist die Welle nur für ein Teilchen und es gibt keine Verschränkung. Diese Tatsache dient dazu, genau zu bestimmen, wo die Spitzen liegen, wenn Sie einen Bildschirm davor stellen. Das Licht, das zu D0 hinübergeht, ist so sehr, sehr verschieden von monochromatischem gleichphasigem Laserlicht mit ebener Welle. Es ist verschränktes Licht in Richtung D0, die parametrische Abwärtswandlung erzeugt verschränktes Licht, sodass jeder dieser beiden roten Strahlen, die aus der SPDC-Region kommen, miteinander verschränkt ist. Es ist, als gäbe es eine Überlagerung von zwei Partikeln (eines bewegt sich entlang jedes dieser roten Strahlen). Jedes dieser Strahlenpaare, die aus der SPDC-Region kommen, ist also eine Überlagerung von Zuständen unterschiedlicher Polarisation. Aber schlimmer noch, sie sind verstrickt. Sie haben also von sich aus nicht die Eigenschaften, die mit der Verschränkung verbunden sind. Die roten und blauen Strahlen könnten so abgelenkt werden, dass ihre Ausbreitungsvektoren orthogonal zu einem Schirm mit Löchern sind und auf die Löcher im Schirm gerichtet sind. Wenn die Löcher im Vergleich zu den Strahlbreiten groß sind, ist es so, als hätte man überhaupt keinen Bildschirm mit Löchern. Wenn die Löcher klein sind, feuert D0 weniger oft, da der Bildschirm einige Photonen absorbiert. So können Sie diese Aspekte eines Standard-Doppelspalt-Setups reproduzieren. t haben individuell die mit der Verschränkung verbundenen Eigenschaften. Die roten und blauen Strahlen könnten so abgelenkt werden, dass ihre Ausbreitungsvektoren orthogonal zu einem Schirm mit Löchern sind und auf die Löcher im Schirm gerichtet sind. Wenn die Löcher im Vergleich zu den Strahlbreiten groß sind, ist es so, als hätte man überhaupt keinen Bildschirm mit Löchern. Wenn die Löcher klein sind, feuert D0 weniger oft, da der Bildschirm einige Photonen absorbiert. So können Sie diese Aspekte eines Standard-Doppelspalt-Setups reproduzieren. t haben individuell die mit der Verschränkung verbundenen Eigenschaften. Die roten und blauen Strahlen könnten so abgelenkt werden, dass ihre Ausbreitungsvektoren orthogonal zu einem Schirm mit Löchern sind und auf die Löcher im Schirm gerichtet sind. Wenn die Löcher im Vergleich zu den Strahlbreiten groß sind, ist es so, als hätte man überhaupt keinen Bildschirm mit Löchern. Wenn die Löcher klein sind, feuert D0 weniger oft, da der Bildschirm einige Photonen absorbiert. So können Sie diese Aspekte eines Standard-Doppelspalt-Setups reproduzieren. Wenn die Löcher klein sind, feuert D0 weniger oft, da der Bildschirm einige Photonen absorbiert. So können Sie diese Aspekte eines Standard-Doppelspalt-Setups reproduzieren. Wenn die Löcher klein sind, feuert D0 weniger oft, da der Bildschirm einige Photonen absorbiert. So können Sie diese Aspekte eines Standard-Doppelspalt-Setups reproduzieren.

Aber die beiden Strahlen kommen nicht in Phase an und jeder ist wirklich eine verschränkte Überlagerung verschiedener Polarisationen. Sie können also nicht erwarten, dass ein Doppelschlitz dort genau so funktioniert wie in einem normalen Doppelschlitz-Setup.

Jetzt können Sie normalerweise in der Quantenmechanik die Linien des Wahrscheinlichkeitsstroms verfolgen und sogar dynamische Gleichungen für sie erstellen. Wenn Sie das tun, sehen Sie, dass das Absorbieren der Kanten eines Balkens die überlebende (neue) Kante stärker aufteilt.

Der neue Doppelschlitz wird also die Strahlen stärker aufweiten. Die Tröge waren nicht identisch Null, da die ursprünglichen Schlitze sowohl endlich groß als auch endlich beabstandet waren (jeder Strahl hatte eine Sinusdicke). Aber mehr als diese Größe und Wellenlänge entfernt von der zentralen Region von D0 ist der neue Doppelspalt jetzt weiter gespreizt, sodass Sie mehr Spitzen und Täler erkennen sollten. Sie treten aufgrund der unterschiedlichen Teillänge von Rot und Blau auf. Es gibt mehrere Untergruppen mit unterschiedlichen Orten für Spitzen und Täler, da die roten und blauen Strahlen aufgrund der Verschränkung mit anderen Strahlen keine konstante Phasendifferenz aufweisen.

Wenn also das Signalphoton auf einen Bereich des Bildschirms trifft, den es möglicherweise nicht treffen könnte, wenn es mit sich selbst interferiert (Lücken in einem Interferenzmuster), würden wir mit Sicherheit wissen, dass der Pfad 8 ns im Voraus mit nur einem einzigen Photonenpaar bekannt ist (Signal/Idler), in diesem speziellen Fall?

Das Frequenzhistogramm bei D0 ist die Summe der Histogramme für R1, R2, R3 und R4. Und R3 und R4 haben jeweils eine zentrale Spitze, die gegeneinander versetzt sind, da Rot und Blau auf unterschiedliche Orte zielen. Und R1 und R2 haben Spitzen in den anderen Tälern und umgekehrt.

Wenn Sie einen Treffer im Tal von R1 sehen, wissen Sie jetzt, dass es viel wahrscheinlicher ist, dass D1 nicht 8 ns später ausgeht.

Meiner Meinung nach ist das Experiment in seiner Durchführung fehlerhaft. Angenommen, der Abwärtskonverter liefert nur ein Photon, das die Beugungsinformationen trägt (dh in der Lage ist, ein Beugungsmuster bei Do zu liefern), und das eine 50-50-Wahrscheinlichkeit hat, ein Signal- oder Leerlaufphoton zu sein, und außerdem können BSa und BSb die Optionen voneinander trennen die Leerlaufphotonen. Der richtige Test besteht nun darin, einen der Pfade von BSa oder BSb zu D1 und D2 zu blockieren. Der Punkt ist, wenn beide Pfade offen sind, wissen wir, dass die Signalphotonen das Beugungsmuster ergeben, während wir wissen, welchen Pfad die entsprechenden Leerlaufer genommen haben, wenn ein Pfad blockiert ist. Wir wissen, dass Beugung zumindest möglich war.

Ich weiß - einige werden sich darüber beschweren, dass dies Nissenpicken ist, ABER dies ist ein ziemlich bemerkenswertes Ergebnis, das der Kausalität trotzt, indem das Beugungsmuster entweder gegeben ist oder nicht, bevor es weiß, was der Leerlauf getan hat, und daher müssen Nissen gepflückt werden, und das richtige Leerzeichen fertig.