Delayed Choice Quantum Eraser ohne Retrokausalität?

Die kurze Antwort ist, dass Sie Recht haben. Das Delayed-Choice-Experiment erfordert keine zeitlich rückwärts gerichteten Spielereien, und alle popwissenschaftlichen Artikel, die dies implizieren, sind im Grunde Müll.

Hier ist zum Beispiel die Löschschaltung mit verzögerter Auswahl aus meinem Quantenschaltungssimulator Quirk :

Die grünen Kästchen sind Zustandsanzeigen, die die Wahrscheinlichkeit jedes möglichen Messergebnisses zeigen, optional abhängig von den möglichen Messergebnissen einiger anderer Qubits.

Der obere Draht ist das „Wahl“-Qubit. Der zweite Draht ist das „what slit“-Qubit. Der Rest der Drähte sind die "Wo hat es auf dem Bildschirm getroffen"-Qureg. Die ersten beiden Operationen führen zu einer gewissen Verschränkung zwischen dem which-slit-Qubit und dem Bildschirm-Qureg.

Die vier Anzeigen auf der rechten Seite zeigen, dass Sie, wenn Sie die Bildschirmmessungen nach dem Auswahl-Qubit und dem Welche-Schlitz-Qubit gruppieren, innerhalb der Gruppierungen ein Interferenzmuster sehen, wenn und nur wenn das Auswahl-Qubit eingeschaltet ist.

Aber die Korrelation geht in beide Richtungen. Anstatt darüber nachzudenken, wie das Auswahl-Qubit und die What-Slit-Qubits die Bildschirmmessung vorhersagen, können wir darüber nachdenken, wie die Bildschirmmessung den Zustand des What-Slit-Qubits vorhersagt.

Es wäre mühsam einzurichten$2^7$Bloch-Kugel-Displays, jeweils konditioniert auf eine andere Bildschirmmessung. Lassen Sie uns stattdessen eine einzelne Bedingung verwenden, aber Offsets zur Bildschirmmessung durchlaufen. Diese Schaltung macht sehr deutlich, dass die Landeposition auf dem Bildschirm mit verschiedenen Zuständen des which-slit-Qubits korreliert:

Dieses Diagramm beantwortet auch Ihre Hauptfrage:

[bei gegebener Landeposition] wird das Signalphoton eher bei D1 [als bei D2] erkannt?

Ja. Der analoge Wert zur D1-gegen-D2-Positionswahrscheinlichkeit wird in dem grünen Kästchen oben rechts im Diagramm angezeigt. Die Chance ändert sich, wenn wir uns auf verschiedene Positionen konzentrieren.

Beachten Sie, dass sich das Qubit wie verrückt dreht, unabhängig davon, ob wir das angewendet haben$X^{1/2}$Drehung, die vom Auswahl-Qubit gesteuert wird. All die$X^{1/2}$Rotation ändert, um welche Achse sich das Qubit dreht, während ich die Position der Bildschirmmessung verändere, auf die fokussiert wird. Wenn es keine gibt$X^{1/2}$Drehung geht die Drehung um die Messachse herum und beeinflusst daher nicht die Wahrscheinlichkeit der Messung von ON-vs-OFF (dh wir haben eine ziemlich schlechte Messachse ausgewählt). Aber wenn die$X^{1/2}$angewendet wird, dann erfolgt die Drehung um die Y-Achse statt um die Z-Achse, was sich in Änderungen der Messwahrscheinlichkeit auf Berechnungsbasis niederschlägt.

Hier ist also eine zeitliche Kollaps-Interpretation des Delayed-Choice-Experiments:

1. Wir schaffen eine Situation, in der das What-Slit-Qubit mit einer Bildschirmlandeposition verschränkt ist.
2. Wir messen die Landeposition des Bildschirms. Dadurch wird das System in einen Zustand gebracht, in dem das What-Slit-Qubit rein ist, aber die spezifische Richtung, in die es zeigt, durch die Landepositionsmessung bestimmt wird.
3. Wir entscheiden uns für die Messung entlang einer Achse, die diese Abweichungen von der Landemessung aufnimmt, oder für die Messung entlang einer völlig uninformativen Achse.
4. Wir tun überrascht, dass unsere Wahl bestimmt hat, ob wir Korrelationen zwischen der What-Slit-Qubit-Messung und den Bildschirm-Landepositionsmessungen sehen.
5. Wir denken über die Zusammenhänge in die entgegengesetzte Richtung und fangen an, über Zeitreisen zu sprechen, denn das bringt die süßen Clickbait-Werbeeinnahmen.

Nach Ihrer Beschreibung stimme ich Ihnen zu, dass eine Vorhersage möglich ist, dass das Idler-Photon eher bei D1 oder D2 erkannt wird, basierend auf dem Wissen, wo das Signalphoton auf D0 trifft.
In Ihrem vereinfachten Experiment ist ein 50% Strahlteiler (BSc) geblieben. Ich denke, der Grund, warum die Diskussion über Retrokausalität begonnen hat, ist folgender:

• Ein 50 % Strahlteiler ist ein Gerät, das 50 % der Photonen reflektiert, die anderen 50 % können passieren. Im Falle eines Laserstrahls, der aus einer großen Menge von Photonen besteht, ist es also vorhersehbar, dass 50 % der Photonen reflektiert werden.
• ABER es ist unmöglich, für ein einzelnes Photon vorherzusagen, ob es reflektiert wird oder nicht. Das ist reiner objektiver Zufall.

Nach Ihrer Beschreibung ist es nun möglich, für ein einzelnes Photon (das Idler-Photon), das bei BSc ankommt (einige Nanosekunden nachdem das verschränkte Signalphoton D0 getroffen hat), eine Vorhersage zu treffen, ob es am Teiler reflektiert wird oder nicht.
Dies wäre ein erstaunliches Ergebnis, da eine solche Vorhersage überhaupt nicht möglich sein sollte.
Retrokausalität kommt ins Spiel, wenn eine solche Vorhersage eines einzelnen Ereignisses nicht akzeptabel ist und daher immer noch als unmöglich angesehen wird. In einem solchen Fall würde das Idler-Photon unvorhersehbar bei D1 oder D2 auftreffen.
Als logische Konsequenz müsste das Ergebnis bei D0 retrokausal geändert werden, damit am Ende ein richtiges Interferenzmuster erscheint.

Diese Antwort geht davon aus (ab v5 der Frage nicht gerechtfertigt), dass Sie die Notation aus dem Wikipedia-Artikel zum Thema verwenden.

Da in der von Ihnen geschilderten Situation die Antwort auf Ihre Kernfrage

bei dem das Signalphoton mit größerer Wahrscheinlichkeit detektiert wird$D_1$?

ist ja . Wenn die Interferenz perfekt wäre (dh in einem geräuschlosen Experiment), wenn Sie ein Photon an einer Position detektieren, an der die$D_0\wedge D_2$Koinzidenzrate einen Knoten hat, dann können Sie absolut sicher sein, dass der Leerlauf beobachtet wird$D_1$und nicht$D_2$. Wenn das Experiment weniger als perfekt ist oder die Erkennung geringfügig von einem der Knoten entfernt ist, besteht eine geringe Wahrscheinlichkeit, dass der Idler bei erkannt wird$D_2$aber das wird immer noch kleiner sein als at$D_1$.

Nun, wie Sie bemerken, wenn die$D_1/D_2$Erkennung liegt in der kausalen Zukunft der Erkennung bei$D_0$, und in Ermangelung der Möglichkeit, Welche-Wege-Erkennungen einzuführen, ist das Experiment in Bezug auf die Kausalität weniger herausfordernd, und es gibt vernünftige klassische Modelle (die für dieses Experiment spezifisch und nicht auf eine allgemeine Theorie erweiterbar sind). leisten gute Arbeit bei der Beschreibung der Dynamik ohne seltsame Quantenunschärfe.

Das liegt jedoch nur daran, dass Sie das Experiment künstlich entgiftet haben, indem Sie den Kernteil des Arguments entfernt haben – die Wahl des Quantenlöschers mit verzögerter Wahl. Das Standardargument postuliert, dass innerhalb der gesammelten Daten bei$D_0$Es gibt bereits latente Interferenzmuster, obwohl die Photonen mit Informationen "markiert" wurden, die verwendet werden können, um zu erkennen, welche Pfadinformationen nachdem das (potenziell) störende Photon bereits erkannt wurde. Das scheint einige zu stören.

Lassen Sie uns insbesondere Ihre Analyse nehmen und damit weitermachen: Angenommen, Sie haben das Photon an einem der Knoten von gemessen$D_0\wedge D_2$Interferenzmuster, und deshalb sind Sie sicher, dass wenn Sie auf die messen$D_1/D_2$Kein-welche-Wege-Paar, dann wirst du es immer sehen$D_1$. Dann könnten einige unternehmungslustige Leute sagen: "Aha! Jetzt, wo wir wissen, dass es stört, und wie, lass uns das nicht tun$D_1/D_2$Paar, lass uns das tun$D_3/D_4$welches-Wege-Paar stattdessen" ─ und natürlich finden sie heraus, dass die Interferenzmuster verschwinden, sobald sie nachselektieren.

Ich stimme Ihnen zu, dass der Quantenlöscher mit verzögerter Auswahl nicht besonders überraschend ist (oder zumindest sehe ich nicht, wie er viel mehr als die Standardkonfiguration des Quantenlöschers hinzufügt), aber Sie schneiden wichtige Teile der Analyse heraus , und das verheißt selten Gutes.

Mit der Einschränkung, dass ich die Ansichten, die ich gleich beschreiben werde, nicht wirklich verstehe, werde ich versuchen zu erklären, woher die Rede von Retrokausalität kommt.

In der Vergangenheit gab es viel Widerstand gegen das von der Quantenmechanik gezeichnete Bild der Realität, und die Menschen suchten nach weniger klar definierten, aber schmackhafteren Wegen, um experimentelles Verhalten zu erklären. (mit natürlich der Hoffnung, schließlich eine wohldefinierte Theorie zu entdecken)

Bei den berühmteren Experimenten geht es darum, diese verschiedenen alternativen Ideen zu töten. Zum Beispiel die verschiedenen Bell-Tests, die lokale Theorien über verborgene Variablen zunichte machten.

Die Hauptidee, die hier im Spiel ist, stammt meiner Meinung nach aus dem grundlegenden Doppelspaltexperiment. Normalerweise sehen Sie ein Interferenzmuster, aber wenn Sie dem Experiment etwas hinzufügen, um die Richtungsinformationen zu erkennen, verschwindet das Interferenzmuster.

Die potenzielle Idee, die dabei entstanden ist, ist, dass sich das Photon normalerweise in einem „Ich werde eingreifen“-Zustand befindet, aber das Vorhandensein eines Apparats für die Richtung weist das Photon an, in einen „Ich werde nicht eingreifen“-Zustand zu wechseln.

Das mag skurril klingen, aber denken Sie daran, dass dies nicht im Abschnitt „Ich habe eine konkrete Idee, die präzise, ​​überprüfbare Vorhersagen macht!“ enthalten ist. Phase der Wissenschaft, es ist in den frühen Stadien der "Ich versuche, einen Weg zu finden, um die Daten zu verstehen!" Phase der Wissenschaft.

Die Quantenlöscher-Experimente waren ein großer Schritt, um diese Ideen zu töten; Trotz des Radiergummis danach ist der Apparat immer noch da , um die Störung zu verderben. Aber diese Ideen können noch auf verschiedene Weise gerettet werden; zB indem man postuliert, dass es noch einige Zeit dauert, bis der Welche-Wege-Apparat die Interferenz zerstört, oder das Vorhandensein des Radiergummis sagt dem Photon, dass es nicht in den Zustand "Ich werde nicht eingreifen" wechseln soll.

Diese Bergungsversuche erleiden einen tödlichen Schlag durch die Quantenlöscher-Experimente mit verzögerter Wahl; das Photon ist gezwungen zu „wählen“, bevor die Entscheidung zum Löschen getroffen wurde, sodass alle Versuche, sich an diese Art alternativer Erklärungen zu halten, gezwungen sind, auf Retrokausalität zurückzugreifen.

Alte Frage, und der physische Teil davon wurde durch die anderen Antworten bereits ausreichend erklärt. Ich möchte Ihre Frage beantworten:

Wenn ja, warum gibt es dann überhaupt eine Diskussion über Rückwärtsverursachung?

Der Hauptgrund ist, dass die Leute nicht verstehen, dass sich das Muster bei D0 nicht wirklich ändert. Leute, die von dem Experiment gehört haben, sich aber nicht wirklich mit den Details befasst haben, denken, dass auf welchem ​​D1-D4-Detektor das Photon landet, bestimmt, wo sein Zwilling bei D0 landet (gelandet ist). Die D1/2-Photonen zeigen ein Interferenzmuster bei D0, während die D3/D4-Photonen ein Ausbuchtungsmuster bei D0 zeigen, also wo das D1-D4-Photon landet, muss beeinflussen, wo sein Zwilling bei D0 landet, richtig? Ich denke, es ist eine einfache Fehlinterpretation durch einen Laien, und es passiert sogar angesehenen Moderatoren wie PBS Digital Studios: https://www.youtube.com/watch?v=8ORLN_KwAgs&t=157s .

Sie verstehen nicht, dass alle Photonen bei D0 immer Interferenz zeigen, und daran ändert sich nichts, je nachdem, was auf der anderen Seite passiert. Es ist nur so, dass, wenn Sie die Interferenzmuster der Photonen, die bei D3 oder D4 landen, addieren, dass sie sich zu einem Ausbuchtungsmuster addieren.