Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Физикалық эксперимент
Physics experiment
Кванттық механикада кванттық өшіргіш эксперименті – кванттық механиканың бірнеше маңызды аспектілерін, соның ішінде кванттық байланыс және толықтыру принципін көрсететін интерферометрлік эксперимент. Кванттық өшіргіш эксперименті – Томас Янгтың классикалық екі саңылау экспериментінің түрі. Ол фотонның екі саңылаудың қайсысы арқылы өткенін анықтауға тырысқанда, фотон өзімен-өзі араласа алмайтынын көрсетеді. Егер фотондар ағыны осылайша белгіленсе, Янг экспериментіне тән интерференциялық сурет пайда болмайды. Эксперимент сондай-ақ, қандай саңылау арқылы өткенін көрсету үшін "белгіленген" фотонның кейіннен "белгісіз" етілуіне мүмкіндік беретін жағдайларды жасайды. "Белгісіз" фотон қайтадан өзімен-өзі араласады, осылайша Янг экспериментіне тән суреттерді қалпына келтіреді.
In quantum mechanics, a quantum eraser experiment is an interferometer experiment that demonstrates several fundamental aspects of quantum mechanics, including quantum entanglement and complementarity. The quantum eraser experiment is a variation of Thomas Young's classic double slit experiment. It establishes that when action is taken to determine which of 2 slits a photon has passed through, the photon cannot interfere with itself. When a stream of photons is marked in this way, then the interference fringes characteristic of the Young experiment will not be seen. The experiment also creates situations in which a photon that has been "marked" to reveal through which slit it has passed can later be "unmarked." A photon that has been "unmarked" will interfere with itself once again, restoring the fringes characteristic of Young's experiment.
Тұжырымдама
Бұл тәжірибе екі негізгі бөлімнен тұратын аппаратты қамтиды. Екі өрілген фотон тудырылғаннан кейін, олардың әрқайсысы аппараттың өз бөліміне бағытталады. Аспаптың қос саңылау бөлігінде зерттелген фотонның өрілген серігінің жолын анықтауға жасалған кез келген әрекет екінші фотонға әсер етеді, және керісінше. Эксперименттік аппараттың қос саңылау бөлігіндегі фотондардың өрілген серіктерін манипуляциялаудың артықшылығы – тәжірибешілер аппараттың сол бөлігінде ештеңені өзгертпей-ақ соңғысының интерференциялық суретін жоя алады немесе қалпына келтіре алады. Тәжірибешілер осы үшін өрілген фотонды басқарады, олар оны оның серігі фотон шығару құрылғысы мен анықтау экраны арасындағы саңылаулар мен басқа да элементтер арқылы өткенге дейін немесе кейін жасай алады. Егер эксперименттің қос саңылау бөлігі интерференциялық құбылыстардың пайда болуын болдырмау үшін орнатылған болса (себебі нақты «қай жол» туралы ақпарат бар), кванттық жоюшы осы ақпаратты тиімді жою үшін қолданылуы мүмкін. Осылайша, тәжірибеші эксперименттік аппараттың қос саңылау бөлігін өзгертпей, интерференцияны қалпына келтіреді. Кешіктірілген таңдау эксперименттерінде кванттық эффектілер болашақ әрекеттердің өткен оқиғаларға ықпал етуін имитациялай алады. Алайда, өлшеу әрекеттерінің уақыт реті маңызды емес.
This experiment involves an apparatus with two main sections. After two entangled photons are created, each is directed into its own section of the apparatus. Anything done to learn the path of the entangled partner of the photon being examined in the double slit part of the apparatus will influence the second photon, and vice versa. The advantage of manipulating the entangled partners of the photons in the double slit part of the experimental apparatus is that experimenters can destroy or restore the interference pattern in the latter without changing anything in that part of the apparatus. Experimenters do so by manipulating the entangled photon, and they can do so before or after its partner has passed through the slits and other elements of experimental apparatus between the photon emitter and the detection screen. Under conditions where the double slit part of the experiment has been set up to prevent the appearance of interference phenomena (because there is definitive "which path" information present), the quantum eraser can be used to effectively erase that information. In doing so, the experimenter restores interference without altering the double slit part of the experimental apparatus. In delayed choice experiments quantum effects can mimic an influence of future actions on past events. However, the temporal order of measurement actions is not relevant.
Процедура
Алдымен фотон арнайы сызықтық емес оптикалық құрылғы арқылы жіберіледі: бета-барий бораты (BBO) кристаллы. Бұл кристалл бір фотонды төмен жиілікті екі түйіскен фотонға айналдырады, бұл процесс спонтанды параметрлік төмендету конверсиясы (SPDC) деп аталады. Бұл түйіскен фотондар бөлек жолмен қозғалады. Бір фотон тікелей поляризацияны анықтайтын детекторға, ал екінші фотон қос ойықты маска арқылы екінші поляризацияны анықтайтын детекторға жіберіледі. Екі детектор да тек түйіскен фотон жұптары ғана есептелетінін қамтамасыз ететін сәйкестік тізбегімен (coincidence circuit) қосылған. Степперлі қозғалтқыш екінші детекторды мақсатты аймақты сканерлеу үшін жылжытады, нәтижесінде қарқындылық картасы жасалады. Бұл конфигурация таныс интерференциялық үлгіні тудырады. Келесі қадамда, қос ойықты маскадағы әр ойықтың алдына дөңгелек поляризатор орнатылады, ол бір ойықтан өтетін жарықта оңай дөңгелек поляризацияны, ал екінші ойықтан өтетін жарықта сол жақ дөңгелек поляризацияны тудырады (1-суретті қараңыз). (Қай ойық қай поляризацияға сәйкес келеді, ол бірінші детектордың анықтаған поляризациясына байланысты.) Бұл поляризация екінші детекторда өлшенеді, осылайша фотондарды «маркировкалап», интерференциялық үлгіні жояды (Френель-Араго заңдарын қараңыз). Соңында, түйіскен жұптың бірінші фотонының жолына сызықтық поляризатор енгізіледі, бұл фотонға диагональдық поляризацияны береді (2-суретті қараңыз). Түйісу екінші фотонның, қос ойықты маскадан өтетін фотонның, қосымша диагональдық поляризацияға ие болуын қамтамасыз етеді. Бұл дөңгелек поляризаторлардың әсерін өзгертеді: әрқайсысы оңай және сол жақ дөңгелек поляризацияланған жарықтың араласуын тудырады. Осылайша екінші детектор қандай жолмен өткенін анықтай алмайды және интерференциялық жолақтар қалпына келтіріледі. Айналмалы поляризаторлы қос ойықты классикалық толқын ретінде қарастыру арқылы да түсіндіруге болады. Дегенмен, бұл тәжірибеде классикалық механикамен үйлесімсіз түйіскен фотондар қолданылады.
First, a photon is shot through a specialized nonlinear optical device: a beta barium borate (BBO) crystal. This crystal converts the single photon into two entangled photons of lower frequency, a process known as spontaneous parametric down conversion (SPDC). These entangled photons follow separate paths. One photon goes directly to a polarization resolving detector, while the second photon passes through the double slit mask to a second polarization resolving detector. Both detectors are connected to a coincidence circuit, ensuring that only entangled photon pairs are counted. A stepper motor moves the second detector to scan across the target area, producing an intensity map. This configuration yields the familiar interference pattern. Next, a circular polarizer is placed in front of each slit in the double slit mask, producing clockwise circular polarization in light passing through one slit, and counter clockwise circular polarization in the other slit (see Figure 1). (Which slit corresponds to which polarization depends on the polarization reported by the first detector.) This polarization is measured at the second detector, thus "marking" the photons and destroying the interference pattern (see Fresnel–Arago laws). Finally, a linear polarizer is introduced in the path of the first photon of the entangled pair, giving this photon a diagonal polarization (see Figure 2). Entanglement ensures a complementary diagonal polarization in its partner, which passes through the double slit mask. This alters the effect of the circular polarizers: each will produce a mix of clockwise and counter clockwise polarized light. Thus the second detector can no longer determine which path was taken, and the interference fringes are restored. A double slit with rotating polarizers can also be accounted for by considering the light to be a classical wave. However this experiment uses entangled photons, which are not compatible with classical mechanics.
Басқа қолданбалар
Кванттық өшіру технологиясы жаңартқыш микроскоптардың ажыратымдылығын арттыру үшін пайдаланылуы мүмкін.
Quantum erasure technology can be used to increase the resolution of advanced microscopes.
Жалпы қате түсінік
Бұл эксперимент туралы жиі кездесетін түсініксіздік – оны екі детектор арасында деректерді лезде тарату үшін пайдалану мүмкіндігі. Дегенмен, қарапайым себеп-салдар қағидасы байқалған нәтижелерге «берілген» ақпаратты күштеп енгізуге кедергі келтіреді. Осы экспериментальді құрылымда кездейсоқтық детектордың қызметін түсіну маңызды. Жоғарғы тармақтағы сызықты поляризаторы, іс жүзінде, өрілген фотондардың жартысын сүзіп тастайды, ал кездейсоқтық детекторы арқылы төменгі тармақтағы сәйкес фотондарды да сүзіп тастайды. Кездейсоқтық детекторы екі сенсордан алынған деректерді салыстыру арқылы ғана жұмыс істей алады, бұл құрылымды лезде байланыс үшін қолдануды мүмкінсіз етеді. Басқаша айтқанда, BBO кристаллы арқылы өтетін жарықтың үзінді бөлігі ғана өрілген жұптарға бөлінеді. Кристал арқылы өтетін фотондардың басым көпшілігі бөлінбейді және оларды соңғы деректер жинағынан қажетсіз шу ретінде жою қажет. Детекторлар фотонның өрілген жұптың бөлігі болғанын анықтай алмайтындықтан, бұл шешім уақытты қарастыру және екінші детектордағы «жұбымен» бір уақытта тіркелмеген фотондарды сүзу арқылы қабылданады. Сондықтан, егер өрілген фотондардың жұбы пайда болса, бірақ екеуінің бірі поляризатормен тоқтатылып, жоғалса, қалған фотон көптеген өрілмеген фотондардың бірі сияқты деректер жинағынан сүзіліп шығарылады. Осы тұрғыдан қарағанда, жоғарғы тармақты өзгерту төменгі тармақтағы өлшемдерге әсер етуі таңқаларлық емес, себебі екі өлшем салыстырылады және деректерді сүзу үшін қолданылады. Назар аударыңыз, осы экспериментальді құрылымның соңғы күйінде төменгі тармақтағы өлшемдер әрқашан шикі деректерде бұлыңғыр үлгіні көрсетеді. Интерференциялық үлгіні көру тек деректерді кездейсоқтық детекторымен сүзу арқылы және тек өрілген жұптың жартысын құрайтын фотондарға назар аудару арқылы ғана мүмкін.
A common misunderstanding about this experiment is that it may be used to instantaneously communicate information between two detectors. Simple causation, however, precludes foisting "given" information on the observed outcomes. It is important to understand the role of the coincidence detector in this experimental setup. The linear polarizer in the top path is effectively filtering out half the entangled photons, and via the coincidence detector, is filtering out the corresponding photons in the bottom path. The coincidence detector can only function by comparing data from both sensors, making it impossible to use this setup for instant communication. In other words, only a small percentage of the light passing through the BBO crystal is split into entangled pairs. The vast majority of photons passing through the crystal are not split, and must be removed from the final data set as unwanted noise. Since there is no way for the detectors to measure whether or not a photon had been part of an entangled pair, that decision is made by looking at the timing, and filtering out any photons that are not picked up at the same time as their 'twin' at the other detector. Thus, when a pair of entangled photons is created, but one of the two is blocked by a polarizer and lost, the remaining photon will be filtered out of the data set as if it was one of the many non entangled photons. When viewed this way, it is not surprising that making changes to the upper path can have an impact to measurements taken on the lower path, as the two measurements are being compared and used to filter the data. Note that in the final state of this experimental setup, measurements on the lower path always show a smeared out pattern on the raw data. Seeing an interference pattern is only possible by filtering the data with the coincidence detector and only looking at photons that were 1/2 of an entangled pair.