Kvanttipyyhekumikoe on interferenssikoe , joka osoittaa kvanttisekoittumisen ja komplementaarisuusperiaatteen .
Tässä artikkelissa kuvattu kokeilu kvanttipyyhkimellä kahdella raolla koostuu kolmesta vaiheesta [1] :
Kokeen pääasiallinen tulos on, että sillä ei ole väliä, suoritettiinko poistoprosessi ennen vai sen jälkeen, kun fotonit saavuttivat ilmaisimen ruudun [1] [2] .
Kvanttipoistoteknologiaa voidaan käyttää parantamaan nykyaikaisten mikroskooppien resoluutiota [3] .
Tässä artikkelissa kuvattu kvanttipyyhekumikoe on muunnelma Youngin klassisesta kaksirakoisesta kokeesta, joka osoittaa, että fotoni ei voi häiritä itseään, kun kokeilija yrittää määrittää, minkä raon läpi fotoni kulki. Kun fotonivirta alistetaan tällaiselle havainnolle, Youngin kokemukselle tyypillisiä interferenssirajoja ei havaita. Kvanttipyyhekumikokeella pystytään luomaan tilanteita, joissa fotoni, joka on "merkitty" sen määrittämiseksi, minkä raon läpi se kulki, voidaan myöhemmin "puhdistaa" tällaisesta merkinnästä. "merkitty" fotoni ei voi häiritä itseään eikä synnytä häiriöhajoja, mutta fotoni, joka on "merkitty" ja sitten "puhdistettu", voi myöhemmin häiritä itseään ja myötävaikuttaa häiriöhaarojen syntymiseen, jotka ovat samanlaisia kuin ne, jotka on saatu Youngin kokeilun kulku [1] .
Kvanttipyyhekumikokeessa käytetään kokoonpanoa, jossa on kaksi pääosaa. Kahden sotkeutuneen fotonin luomisen jälkeen kukin niistä siirtyy omaan osaansa. Kaikki toimet yhden kietoutuvan fotonin polun määrittämiseksi (tutkimus osiossa, jossa on kaksi rakoa) vaikuttavat toiseen fotoniin ja päinvastoin. Kietoutuneen fotoniparin käsittelyn etuna on, että kokeet voivat tuhota tai palauttaa häiriökuvion tekemättä muutoksia kokoonpanon osaan, joka sisältää kaksoisrakoisen levyn. Kokeilijat saavuttavat tämän käsittelemällä kietoutunutta fotonia, ja tällainen manipulointi voidaan suorittaa ennen tai sen jälkeen, kun yksi kietoutuneista hiukkasista on kulkenut rakojen ja muiden fotonilähteen ja ilmaisinnäytön välisen järjestelyn elementtien läpi. Eli olosuhteissa, joissa kaksoisrakoinen osa on koottu siten, että se estää interferenssiilmiön ilmenemisen (johtuen fotonin valitusta reitistä on olemassa tietoa), voidaan käyttää kvanttipyyhemiä. todella poistaa nämä tiedot. Tätä ominaisuutta käytettäessä kokeilija palauttaa häiriöt tekemättä muutoksia asennuksen osaan, joka sisältää kaksi rakoa [1] .
Tämän kokeen yksi versio, viivästetty kvanttipyyhekumi , antaa sinun tehdä päätöksen tallentaa tai tuhota tietoa valitusta polusta sen jälkeen, kun yksi sotkeutuneista hiukkasista (se, joka kulkee rakojen läpi) häiritsee (tai ei häiritse) itsensä kanssa [4] . Tällaisessa kokeessa kvanttivaikutukset voivat jäljitellä tulevien toimien vaikutusta menneisyyteen. Mittausten aikajärjestyksellä ei kuitenkaan tässä tapauksessa ole merkitystä [5] .
Ensin fotoni johdetaan erityisen epälineaarisen optisen laitteen läpi: barium -beeta-boraatin (BBO) kiteen . Tämä kide muuntaa yhden fotonin pariksi matalataajuisia kietoutuneita fotoneja, prosessi, joka tunnetaan spontaanina parametrisena sironnana . Nämä kietoutuvat fotonit kulkevat eri reittejä: yksi fotoni kulkee suoraan ilmaisimeen, kun taas toinen kulkee kaksoisrakoisen levyn kautta toiseen detektoriin. Molemmat ilmaisimet on kytketty koinsidenssipiiriin , mikä varmistaa, että vain takertuneet fotonit lasketaan. Askelmoottori siirtää toista ilmaisinta skannattua aluetta pitkin muodostaen intensiteettikartan. Tämä konfiguraatio tuottaa tutun häiriökuvion.
Seuraavaksi pyöreä polarisaattori asetetaan kunkin kaksoisraon levyn raon eteen polarisoimalla myötäpäivään valon kulkemiseksi yhden raon läpi ja vastapäivään valon kulkemiseksi toisen raon läpi (katso kuva 1). Tämä polarisaatio rekisteröidään ilmaisimessa, mikä "merkitsee" fotonit ja tuhoaa interferenssikuvion (katso Fresnel-Arago-lait ).
Lopuksi parista ensimmäisen sotkeutuneen fotonin reitille asetetaan lineaarinen polarisaattori, joka antaa sille diagonaalisen polarisaation (katso kuva 2). Kietoutuminen takaa diagonaalisen lisäpolarisaation toiselle fotonille, joka kulkee kaksoisrakolevyn läpi. Tämä eliminoi pyöreän polarisaattorin vaikutuksen: jokainen fotoni tuottaa seoksen valoa, joka on polarisoitunut myötä- ja vastapäivään. Tämän seurauksena toinen ilmaisin ei voi enää määrittää, mikä polku on valittu, ja häiriökuvio palautetaan.
Kaksoisrakokoetta ympyräpolarisaattoreilla voidaan kuvata myös pitämällä valoa klassisena aaltona [6] . Kvanttipyyhekekokeessa käytetään kuitenkin sotkeutuneita fotoneja, jotka eivät ole yhteensopivia klassisen mekaniikan kanssa .