Radieră cuantică
În fizica cuantică , o radieră cuantică desemnează un dispozitiv care face posibilă restabilirea unei stări de suprapunere cuantică atunci când a fost modificată sau eliminată.
Experimentul cu gumă cuantică este un experiment interferometric care evidențiază mai multe fenomene cuantice fundamentale, cum ar fi încurcarea sau principiul complementarității .
Acest experiment este o variantă a fantei lui Young și se face în trei etape:
- În primul rând, experimentatorul replică experimentul lui Young trimițând fotoni prin interferometrul cu dublă fantă, care afișează marginile pe ecranul de detectare.
- Apoi, experimentatorul detectează prin ce fantă trece fiecare foton, fără a-și modifica funcția de undă, și arată că marginile de interferență au dispărut. Acest pas arată existența informațiilor, numite „care-cale” în limba engleză, care determină distrugerea marginilor.
- În cele din urmă, informațiile „care-cale” sunt șterse, după care franjurile reapar. (Mai degrabă decât îndepărtarea sau inversarea oricărei modificări a fotonului sau a traiectoriei acestuia, aceste experimente produc de obicei o altă modificare care „estompează” etichetarea făcută anterior).
Rezultatul cheie este că nu contează când se efectuează procedura gingiei (înainte sau după detectarea fotonului). O radieră cuantică influențează o stare cuantică într-un mod nelocal, adică la o distanță arbitrară. Putem interpreta acest lucru ca pe o influență instantanee, chiar venind din viitor (dar alte interpretări sunt posibile). Oricum, influența este întotdeauna absolut nedetectabilă fără contribuția informațiilor necuantice (de obicei corelații) de la dispozitivul îndepărtat. Prin urmare, această influență se face fără încălcarea cauzalității și nici nu depășește viteza luminii și respectă astfel legile relativității speciale și generale .
Principiul radierii cuantice este utilizat pentru a îmbunătăți rezoluția anumitor microscopuri electronice.
Descriere
În experimentul fantei Young , fotonii sunt trimiși pe o placă străpunsă de două fante din apropiere. La traversarea fantelor, fotonul se află într-o suprapunere cuantică : ca undă trece prin cele două fante, ceea ce determină apariția unei franjuri de interferență pe ecranul de afișare.
Dacă un detector este plasat pe fante pentru a ști prin care trece fotonul (informația „care-cale” în limba engleză), starea de suprapunere dispare (cele două posibilități nu mai sunt posibile) și interferențele sunt și ele marginile.
Ștergătorul cuantic este ilustrat într-o variantă a acestui experiment: în loc să detecteze trecerea fotonului la nivelul fantei, este pur și simplu marcat (fără a face o măsurare reală) pentru a avea posibilitatea de a detecta, dacă se dorește, fanta trecere. În acest caz, marginea de interferență dispare, de asemenea: făcând posibilă detectarea are același efect ca și detectarea reală.
Detectarea sistematică determină decoerența și reducerea pachetului de unde (nu poate fi „șters”). Întrebarea pusă de experiment este dacă un marcaj poate fi „șters”. În 1982, Marlan Scully și Kai Drühl s-au întrebat ce s-ar putea întâmpla atunci când informațiile „care-cale” au fost amestecate fizic: acest amestec pe care îl numim „radier cuantic”, pentru că după ce nu mai este Nu se mai poate determina prin care a tăiat fotonul trecut.
Cu radierul cuantic, o stare cuantică modificată este readusă la loc prin acțiunea unui dispozitiv. Acest lucru pare normal a priori, dar își asumă tot interesul, și asta au prezis Scully și Drühl, atunci când radierul cuantic este activat după ce fotonul a impresionat placa fotografică sau dacă este implementat dintr-un mod non-local, pe un foton încâlcit cu fotonul plăcii fotografice.
În 1992 a fost efectuat un experiment pentru a testa acest scenariu.
Experiment cu radiere cuantică
Un emițător de fotoni A, emite fotoni individuali către un „convertor mic” B. Un „convertor mic” reemite doi fotoni încurcați dintr-un foton de intrare. Unul dintre fotoni, numit foton de semnal , este direcționat către un dispozitiv cu fante Young C. Filtrele de polarizare D și E sunt plasate în spatele fantei pentru a „marca” trecerea fotonului prin oricare dintre fante. Fotonul este apoi detectat pe o placă fotografică la F.
În același timp, celălalt foton, numit fotonul martor , este emis către un detector de polaritate I. La G, este dispozitivul „radier cuantic” detașabil, despre care vom vorbi mai târziu. În primul rând, vom admite că guma lipsește. Detectarea la I face posibilă cunoașterea prin care fanta a trecut fotonul, prin efectul EPR . Într-adevăr, polaritatea luată de fotonul de semnal în D sau E influențează polaritatea măsurată a fotonului martor (a se vedea și experimentul Aspect pe acest punct). Bineînțeles, această detectare la I amestecă modelul de interferență la F.
Dacă, acum, un polarizator este plasat în G, polarizarea măsurată în I va fi atunci întotdeauna aceeași, indiferent de polarizarea luată de fotonul de semnal în D sau E. Devine, prin urmare, imposibil să se știe prin ce fantă a trecut fotonul. . Este pur și simplu restabilește interferențe F . Acest polarizator este numit radier cuantic .
Dacă distanța BG este mai mare decât distanța BC, radierul cuantic intervine după ce fotonul de semnal a impresionat placa fotografică. Cum „știe” fotonul de semnal că un radier cuantic a fost plasat în G, pentru a forma sau nu un model de interferență? Aici stă toată dificultatea interpretării acestei experiențe.
Un reproș (care fusese adresat și primelor experimente EPR și care a fost rezolvat prin experimentul Aspect ) poate fi adresat acestui dispozitiv: chiar dacă distanța BG este mai mare decât BC, dacă polarizatorul G este acolo de la emisia de fotonul din A, apoi devine posibil să ne imaginăm că prezența sa influențează ceea ce se întâmplă în F. Într-adevăr, G și detectoarele I și F sunt conectate fizic în același dispozitiv hardware, deoarece este necesar să știm la ce foton corespunde F un foton detectat în I. Deci, corelații artificiale, non-cuantice (bucle de masă ..), ar putea apărea între I și F. Pentru a elimina orice posibilitate de corelație non-cuantică între G / I și F, idealul ar fi plasarea / eliminați G după ce fotonul de semnal a fost detectat în F.
Acesta este motivul pentru care experimentul de ștergere cuantică cu alegere întârziată a fost încercat de Marlan Scully, unde un radier cuantic fie intră în acțiune, fie nu după înregistrarea în F.
Note și referințe
- (en) SP Walborn și colab. , „ Eraser cuantic cu dublă fantă ” , Phys. Rev. A , vol. 65, n o 3,2002, p. 033818 ( DOI 10.1103 / PhysRevA.65.033818 , Bibcode 2002PhRvA..65c3818W , arXiv quant-ph / 0106078 , citiți online )
- (în) Berthold-Georg Englert , „ OBSERVAȚII PRIVIND UNELE ASPECTE DE BAZĂ ÎN MECANICA CUANTICĂ ” , Zeitschrift für Naturforschung , vol. 54, n o 1,1999, p. 11–32 ( DOI 10.1515 / zna-1999-0104 , Bibcode 1999ZNatA..54 ... 11E , citiți online )
- (în) Yakir Aharonov și domnul Suhail Zubairy , „ Timpul și cuantumul: ștergerea trecutului și impactul viitorului ” , Știință , vol. 307, nr . 5711, 2005, p. 875–879 ( PMID 15705840 , DOI 10.1126 / science.1107787 , Bibcode 2005Sci ... 307..875A )
- (în) Marlan O. Scully și Kai Drühl, " Quantum Eraser: A Proposed photon correlation experiment and observation concernant" delayed choice "in quantum mechanics " , Physical Review A , vol. 25, n o 4,1982, p. 2208–2213 ( DOI 10.1103 / PhysRevA.25.2208 , Bibcode 1982PhRvA..25.2208S )
- PG Kwiat, AM Steinberg și RY Chiao, „Observarea unei„ radiere cuantice ”: o renaștere a coerenței într-un experiment de interferență cu doi fotoni”, Phys. Rev. A 45, 7729 (1992) [1]
- Dar pentru a evidenția tiparul de interferență, este esențial să primiți informații de la I, prin mijloace convenționale.