Про щелки.. про две щелки и фотоны

Вот обстреливаем мы стенку с щелками, на выходах стоят разветвители — фотон делится на два, один летит дальше, второй, сигнальный, летит на детектор с лампочкой.

Если детекторы сигнальных фотонов включены, то интерференция основных фотонов разрушается. Выключены — не разрушается.

Так вот, отправляем сигнальные фотоны на Марс, там отражатели возвращают их на наш детектор. То есть мы сначала видим картинку обстрела, а через пяток лет видим результат детектирования / недетектирования сигнальных фотонов.

Результат детектирования сигнальных фотонов прошлое не переписывает, получается по картинке обстрела мы можем предсказывать будущее? Скажем мы видим интерференцию. Ломаем детекторы совсем, но точно знаем — их отремонтируют или заменят?

Как–то я этот момент не понимаю.

GD Star Rating
loading...
Tagged with →  

62 Responses to Про две щелки и фотоны

  1. Reem:

    я не очень понимаю, как фотон делится на два и что куда летит.
    если я правильно поняла твою схему, то полетел один фотон и попал в одну из щелей, там он попал в разветвитель и полетел в одну из его ветвей. откуда взяться второму?
    если фотона в разветвителе становится два, значит разветвитель каким–либо образом взаимодействует с фотоном. например, исходный фотон поглощается, а два новых излучаются. думаю, что разветвитель сам по себе в этом случае является детектором и, если прогнать через систему много–много фотонов, интерференционной картины не будет.

  2. S-k:

    «Этот эксперимент […] также был предложен Скалли и Дрюлем. Он начинается с эксперимента со светоделителем, изменённым путём введения двух так называемых даун–конверторов, по одному на каждый путь. Даун–конвертор — это прибор, который получает один фотон на входе и производит два фотона на выходе, каждый с половиной энергии («даун–преобразование») от исходного. Один из двух фотонов (так называемый сигнальный фотон) направляется вдоль пути, по которому к детекторному экрану следовал исходный фотон. Другой фотон, произведённый даун–конвертором (именуемый холостым фотоном), посылается в совершенно другом направлении […]. В каждом эксперименте мы можем определить, какой путь к экрану выбрал сигнальный фотон, путём наблюдения, который из даун–конверторов испустил холостой фотон–партнёр. И снова возможность получить информацию о выборе пути сигнального фотона — даже хотя она является полностью косвенной, поскольку мы не взаимодействуем ни с одним сигнальным фотоном, — вызывает предотвращение возникновения интерференционной картины.»

  3. S-k:

    Я только сигнальным тот назвал, который летит не по основному пути, а на детектор

  4. Av3:

    я думаю, под разветвлением подразумевается опыт юнга. А вообще иммется в виду опыт, когда наличие/отсутсвие детектора за одной из двух щелей заставляет проходящую через них частицу вести себя как частица/волна соответственно.

  5. S-k:

    А, я понял ошибку, я хотел упростить эксперимент.

    В оригинале для интерференции делают следущее, холостые фотоны идут на светоделители, левый посылает на детекторы 1, 2 и 3, а правый на 2, 3 и 4. Светоделитель посылает фотон с равной вероятностью на 1 из 3–ех детекторов. То есть если фотон найден на детекторе 2 или 3 — у нас нет информации, через какую щель прошел фотон.

    То есть фотоны, которые испустили холостой на 1 или 4 — создадут две полосы. А если на 2 или 3 — они интерферируют.

    Так вот, есть маленькая вероятность, что все холостые фотоны попадут только на 1 и 4 или только на 2 и 3. Тогда по картинке, еще до прихода холостых на детекторы, мы сможем делать предсказания о будущем?

  6. S-k:

    Нет, вопрос об отложенном выборе наверное. Мы определяем прохождение фотона косвенно, но уже после того, как фотоны попали на стенку.

  7. S-k:

    Вот эксперимент полностью

    «Этот эксперимент, квантовый ластик с отложенным выбором, также был предложен Скалли и Дрюлем. Он начинается с эксперимента со светоделителем, показанным на рис. 7.1, изменённым путём введения двух так называемых даун–конверторов[136], по одному на каждый путь. Даун–конвертор — это прибор, который получает один фотон на входе и производит два фотона на выходе, каждый с половиной энергии («даун–преобразование») от исходного. Один из двух фотонов (так называемый сигнальный фотон) направляется вдоль пути, по которому к детекторному экрану следовал исходный фотон. Другой фотон, произведённый даун–конвертором (именуемый холостым фотоном), посылается в совершенно другом направлении, как показано на рис. 7.5а. В каждом эксперименте мы можем определить, какой путь к экрану выбрал сигнальный фотон, путём наблюдения, который из даун–конверторов испустил холостой фотон–партнёр. И снова возможность получить информацию о выборе пути сигнального фотона — даже хотя она является полностью косвенной, поскольку мы не взаимодействуем ни с одним сигнальным фотоном, — вызывает предотвращение возникновения интерференционной картины.»

    image image

    «Что если мы преобразуем эксперимент так, чтобы стало невозможно определить, из какого даун–конвертора был испущен холостой фотон? Что если мы сотрём информацию о выборе пути, заключённую в холостом фотоне? Произойдёт нечто поразительное: хотя мы ничего не делаем непосредственно с сигнальным фотоном, путём уничтожения информации о выборе пути, переносимой его холостым партнёром, мы можем восстановить интерференционную картину из сигнальных фотонов. Позвольте мне показать вам, как это происходит, поскольку это действительно примечательно.
    Взгляните на рис. 7.5б, в который включены все существенные идеи. Но не пугайтесь. Он проще, чем кажется, и теперь мы разберём его поэтапно. Установка, изображённая на рис. 7.5б, отличается от установки на рис. 7.5а принципом детектирования холостых фотонов после их испускания. На рис. 7.5а мы детектировали их непосредственно и могли немедленно определить, из какого даун–конвертора вылетел каждый, и значит определить, какой путь выбрал сигнальный фотон. В новом эксперименте каждый холостой фотон посылается через лабиринт, который делает невозможным такое определение. Представим, что холостой фотон выпущен из даун–конвертора, отмеченного «L». Вместо того чтобы немедленно попасть в детектор (как на рис. 7.5а), этот фотон попадает на светоделитель (отмеченный «a»), так что имеется одинаковая вероятность пойти по пути A или B. Если он пойдёт вдоль пути A, он попадёт в детектор фотонов (отмеченный «1»), и его прибытие будет зарегистрировано. Но если холостой фотон пойдёт вдоль пути B, то будет подвержен следующим манипуляциям. Он будет направлен на другой светоделитель (отмеченный «c»), так что будет иметь 50%–ю вероятность быть направленным вдоль пути E к детектору, отмеченному «2», и 50%–ю вероятность пойти вдоль пути F к детектору, отмеченному «3». Теперь — следите за мной, так как здесь вся суть, — те же самые рассуждения, применённые к холостому фотону, эмитированному из другого даун–конвертора, отмеченного «R», говорят, что если вспомогательный фотон пойдёт по пути D, он будет записан детектором «4», но если он пойдёт по пути C, то будет обнаружен или детектором «3», или детектором «2», в зависимости от пути, по которому он следовал после прохождения через светоделитель «c».
    Разберёмся, для чего нужны все эти усложнения. Заметьте, что если холостой фотон обнаружен детектором 1, мы знаем, что соответствующий сигнальный фотон выбрал левый путь[137], поскольку для холостого фотона, который был эмитирован из даун–конвертора R, нет способа найти путь к этому детектору. Аналогично, если холостой фотон обнаружен детектором 4, мы знаем, что его сигнальный фотон–партнёр выбрал правый путь. Но если холостой фотон попал в детектор 2, мы не можем определить, какой путь выбрал его сигнальный фотон–партнёр, поскольку имеются равные шансы, что он эмитирован даун–конвертором L и следует пути B–E или что он эмитирован даун–конвертором R и следует пути C–E. Аналогично, если вспомогательный фотон обнаружен детектором 3, он может быть эмитирован даун–конвертором L и путешествовать по пути B–F или даун–конвертором R и путешествовать по пути C–F.
    Итак, для сигнальных фотонов, холостые партнёры которых обнаружены детектором 1 или 4, мы имеем информацию о выбранном пути, но для сигнальных фотонов, холостые партнёры которых обнаружены детектором 2 или 3, информация о выборе пути стёрта.»

  8. S-k:

    Ну и повторю

    Есть маленькая вероятность, что все холостые фотоны попадут только на 1 и 4 или только на 2 и 3. Тогда по картинке, еще до прихода холостых на детекторы, мы сможем делать предсказания о будущем?

  9. Retemmho:

    это delayed choice, я правильно понимаю?

    опишу его чуть попроще, чтобы народ въехал. пусть у нас летит фотон, а на его пути призма, которая все левополяризованные фотоны кидает по одному пути, а все право — — по другому. пустим сложнополяризованный фотон — вероятность обнаружить его в каждом из состояний равна 1/2. теперь если мы ставим детектор на каждом выходе призмы, мы наблюдаем с шансом 1/2 фотон, поляризованный налево или направо. если же мы теперь собираем оба пути призмы в один, и поставим детектор после слияния, то будем наблюдать снова целый фотон с этой самой сложной поляризацией.
    парадокс заключается в том, что если мы уже после прохождения фотоном призмы решим поставить отдельные детекторы на лучах призмы, мы поймаем там или там целый фотон с простой поляризацией, а если решим убрать, то поймаем на выходе сложный. то есть формально фотон путешествует двумя различными путями одновременно, но если поставить детектор, то полфотона мы не поймаем ни при каких условиях — он как–то прыгнет в один из путей.

    но в чем твой вопрос, я не понял. каким образом ты узнаешь о прошлом?

  10. Peels:

    k– У тебя есть некоторая вероятность пронаблюдать фотон в той или иной конфигурации, причем наблюдение ты можешь совершать в разных местах. Например, заметив фотон на одном из детекторов, ты сможешь сказать как он поведет себя на экране.
    И наоборот, заметив его в определенной конфигурации на экране, ты можешь что–то сказать про то, как он поведет себя на детекторе.

    Описывать это принято в терминах спутанных фотонов. Мол, фотоны, условно летящие к детектору и к экрану — спутаны, и наблюдение одного из них автоматом коллапсирует другой в определенное состояние — это как бы одна и та же система, раскиданная по пространству. Я бы не называл суть эксперимента драматическим выражением «предсказание будущего». С тем же успехом можно сказать, что посмотрев на ботинки человека, идущего в туалет, можно «предсказать будущее» — определить пойдет ли он в мужской или в женский.

  11. S-k:

    В этом эксперименте детектирование идет до попадания фотона на стенку, в мною процитированном — после. Так что снача мы видим картинку на стене, а только потом, скажем через 5 лет, фотон косвенно детектируется.

    Так вот скажем я вижу интерференцию. Значит я по картинке смогу сделать предсказание того, что будет с детекторами через 5 лет. Скажем при интерференции я ломаю нафиг те штуки, которые стираю инфу о детектировании и точно знаю, что детекторы восстановят, так как без них не будет интерференции.

    Как–то так

  12. S-k:

    мне аналогия не кажется совсем аналогичной. Тут у меня картинка, которая зависит от наличия детектора. Я уже имея картинку, могу поломать детектор, который нужен для ее образования. А так как картинка то уже есть — значит детектор точно восстановят до появления холостого фотона.

    Одним спутыванием в пространстве это не объясняется. Они еще и во времени получается спутаны? Ведь уже упавший на стенку фотон говорит нам о том, как поведет себя в будущем, а не как повел себя в прошлом фотон и детектор.

  13. S-k:

    «Тут у меня картинка, которая зависит от наличия детектора в будущем«

  14. Peels:

    k– Нене, картинка зависит от детектора только если фотон ляпнется в детектор до того, как попадет на картинку — тогда детектор его коллапсирует. Если же фотон ляпнется в картинку до детектора, то он будет вести себя как будто его никто не трогал. Ты увидишь картинку интерференции. Фотоны, летящие к детекторам сколлапсируют соответственно тому, что произойдет на экране.

  15. Retemmho:

    k– если я правильно понимаю, произойдет все по первому событию. если холостые мы отслеживаем раньше, тогда в любом случае интерференции не будет. если интерференцию отслеживать раньше, не долетят холостые.

  16. S-k:

    ну в моей цитате сказано противоположное, а это известный эксперимент, в этом и парадокс. Образование картинки на стене сейчас зависит от того, что я буду делать с детекторами в будущем.

  17. S-k:

    Вернее не что я буду с ними делать, а как линзы их распределят.

  18. S-k:

    так все долетают и все попадают на один из 4–ёх детекторов, просто 2 из них не дают нам информации о пути основного фотона, тем самым позволяя им интерферировать. Решение о попадании на обычный или стирающий детектор происходит после попадания основного в стенку

  19. S-k:

    Что–то я реально запутался. Давайте с начала и более точно — вот прочитайте пожалуйста сами описание эксперимента и его объяснение.

    Так сказано, что не важно, проходит детектирование до или после и рассматривается после.
    Там подразумевается, что линзы равномерно распределяют фотоны по детекторам.
    Там сказано, что итоговая картинка будет без интерференции, то есть стенка будет почти засвечена и похожа на две близкостоящие широкие полосы.
    Там сказано, что если выделить на этой сплошной засветке только те фотоны, путь холостых партнеров которых был стерт (а это решается через 10 лет) — эти фотоны образуют таки интерференцию.
    Там сказано, что если все фотоны ушли на детекторы 1 и 2, то все однозначно и мы видим две широкие полосы и никакой интерференции выделить не можем и ее и не было.

    То есть по событиям будущего мы можем интерпретировать прошлые события и выделить или не выделить интерференционную картинку на засвеченной стенке.

    Но ничего не сказано про случай, когда все фотоны ушли на детекторы 2 и 3. Если мы можем выделить обусловленную вторым и третьим детекторами интерференцию из массива данных всех детекторов, то разве это не означает, что при попадании всех фотонов на 2 и 3 — у нас изначально будет чисто интерференционная картинка. То есть мы сегодня по ней сможем сказать, что через 10 лет все фотоны попадут на исправные детекторы 2 и 3?

  20. S-k:

    вместо «равномерно» читай «случайно».

  21. Am7:

    k– невелико будет предсказание. В духе «я бросил камень вверх, предсказываю, что он упадёт».

  22. Am7:

    k– не имеет значения, как ты определишь состояние системы. По какому из двух фотонов. Но как только ты определишь состояние одного, состояние второго определится тут же. Причём тут — поломаешь ты детектор или нет, будущее или прошлое? Состояния фотонов уже определены, и к целям летят фотоны не с неизвестными характеристиками, а с вполне определёнными.

  23. Am7:

    k– да, можем. Или не попадут, если детекторов не будет. Мимо Марса пролетят и всего делов — аккурат в тех местах, где они стоят сломанные.
    В чём проблема? Откуда ты выводишь знание о восстановлении детекторов?

  24. S-k:

    Ну смотри — «как только ты определишь состояние одного, состояние второго определится тут же». Я определяю фотон в 2021 году и тут же определяется состояние первого, который попал в стену в 2011?

  25. Am7:

    k– нет, факт попадания в стену в 2011 году определяет состояние обоих фотонов, и ты уже можешь сказать, каковы будут результаты эксперимента в 2011, если в 2011 детектирование вообще состоится.

  26. S-k:

    если они не будут восстановлены в будущем, как я получу интерференционную картину сегодня? Если стиратели будут сломаны, я точно смогу сказать через 10 лет, какой фотон через какую щель прошел — а это будет противоречить сегодняшним данным.

  27. S-k:

    ну мы же можем гаранттровать попадание фотонов и их детектирование? Скажем вместо марса на 10 лет запустим их в тоннель ускорителя, где они будут крутиться или еще что–нить такое.

    Если мы точно знаем что детектирование состоится — мы уже знаем его исход. В случае с интерференцией, мы точно будем знать, что стиратели будут работать.

  28. Am7:

    k– и что в этом удивительного? да, зная состояние одного фотона, мы можем определить состояние другого. Что в этом необычного?

  29. Am7:

    k– а почему не получишь? Те фотоны просто пролетят мимо стирателей или детекторов, улетят в космос, имея определённое состояние, которое ты можешь определить по картине, полученной из главных фотонов. Если ты поставишь вместе стирателей детекторы, то ты продетектируешь такое состояние, которое соответствует картине на экране. Всё логично.

  30. S-k:

    я буду знать еще и про стиратели, а они то с фотонами не спутаны

  31. S-k:

    Ну смотри. Я получил интерференцию (либо все ушло мимо, либо все попало на стиратели). Я сломал стиратели. Что это автоматом означает, что сколько бы я не выпустил фотонов, на детекторы ничего не попадет?

  32. Am7:

    k– почему это? ты получил интерференцию, значит сигнальные фотоны прошли через стиратели. Ты сломал стиратели. Ну и что? Что от этого изменилось?

  33. S-k:

    Интерференция означает, что все фотоны попали на стиратели. Будем считать, что мы гарантировали попадание фотонов в нужную область и они не улетели фиг знает куда.

    Имея на руках картину интерференции я имею доступ к оборудованию, которое только через 10 лет будет детектировать фотоны–партнеры. И вот я убираю линзы разветвлители, чтобы все фотоны попали не на стиратели, а на детекторы. А это будет означать, что я буду знать где пролетали основные фотоны.

  34. Reem:

    по–моему, результат эксперимента на экране вообще никак не должен зависеть от того, есть ли где–либо детекторы, которые могут обнаружить второй фотон через пять лет.
    если бы меня спросили о волнах, а не об отдельных фотонах, я бы тоже сказала, что интерференции не будет, т. к. после преобразования частоты в каждом из разветвителей едва ли пучки будут когерентными.
    если же я всё же не права и интерференция может быть, то там выше правильно написали о сцепленных частицах. увидев на экране интерференционную картинку, нельзя говорить о том, через какую из щелей пролетал тот или иной фотон. точно так же в случае детектирования «холостых» фотонов, нельзя говорить кто из них в каком разветвителе появился.

    «холостые» фотоны в эксперименте, описанном в книжке, существуют четырёх видов (по возможности детектирования их в одном из 4х детекторов): |1>, |2>, |3>, |4>. «Сигнальные» — |L> и |R>.
    для пар возможны следующие варианты ( с точностью до множителей перед слагаемыми):
    |1>x|L>
    |4>x|R>
    |2>x|L>+|3>x|L>+|2>x|R>+|3>x|R>
    ну и пока ничего не долетело ни до каких детекторов и экранов, у есть суперпозиция всех этих состояний для пар: |1>x|L> + (|2>x|L>+|3>x|L>+|2>x|R>+|3>x|R>) + |4>x|R>.
    Видя картинку на экране, которая даёт две яркие полосы + интерференционная картина, мы не можем заключить из какой именно щели на картинку какой фотон попал, однако можем оценить долю фотонов, которые образовали полосы, и долю проинтерферировавших. зная это, мы уже можем предсказать, какая часть фотонов в какой детектор прилетит, как бы далеко эти детекторы ни находились. пусть даже детектор 1 находится на Марсе и за пять лет он сломался, мы всё равно будем знать, что такая–то часть от исходного пучка фотонов пролетит именно там, где находится детектор 1.

  35. Am7:

    k– знаешь, я не могу разрешить это противоречие. Всё говорит о том, что ты прав, но квантовые законы говорят обратное. В итоге я остановился на такой гипотезе что в любой постановке эксперимента, которая может косвенно нарушить квантовые законы, интерференции не будет. В твоём эксперименте интерференционной картины тоже не будет наблюдаться.

    Как объяснить, что такая картина наблюдается в эксперименте выше, я не знаю. До детекторов тоже путь больше, чем до экрана, а значит в какой–то момент времени доля проинтерферировавших фотонов на экране будет больше доли пойманных ан 2 и 3 детекторах холостых фотонов.

    Возможно, интерференционная картина не образуется до тех пор, пока часть фотонов не начала попадать на детекторы 2 и 3. До этого момента на экране только две полосы. Как только детекторы 2 и 3 начинают регистрировать холостые фотоны, на экране начинает появляться интерференционная картина. Хотя по идее на эти детекторы попадают уже фотоны, спутанные не с теми, которые приходят в этот момент на экран.

    В общем, я уверен, что закон нарушить невозможно, но не знаю, как это объяснить.

  36. Peels:

    k– Не смотри на это дело как на «картину интерференции». Смотри на каждую точку в этой картине отдельно.
    Если фотон ляпнется в детектор до того как он ляпнется в экран, то он либо попадет на детектор 1 или 4, а затем ты будешь ожидать его на экране исходя из распределения без интерференции, либо он попадет на детектор 2 или 3 и ты будешь ожидать его на экране исходя из распределения с интерференцией. Причем изначально, положим (тут можно посчитать точно, но это не принципиально), распределение этих двух исходов 50/50.
    Теперь наоборот. Фотон ляпается в экран. Ранее его не трогали детекторы, поэтому ты ожидаешь его исходя из распределения «интерференционная картина». Ляпнувшись в экран, однако, его фаза коллапсирует и он «становится более похож» на фотон, летевший слева или справа, в зависимости от того, куда он ляпнется. Зная это, ты можешь сказать, насколько изменились вероятности увидеть этот фотон на разных детекторах. Если фотон ляпнулся так, что уж точно ясно из какой дырки он прошел, ты точно увидишь его на соответствующем детекторе. Если же он ляпнется так, что информация о дырке выдана не будет, он и его холостые партнеры сколлапсируют как сынтерферирующий фотон и отреагируют только с теми детекторами, которые готовы засечь фотон такого типа (в данном случае — 2 и 3, но только при наличии светоразделителя).

    По крайней мере с точки зрения математики должно быть как–то так. Как там физика работает пусть физики рассказывают.

  37. Peels:

    А, я думаю даже проще: если фотон ляпается в экран так, что непонятно из какой дырки он пришел, то он по сути ляпается посередине. В результате ты можешь сказать что он туда ляпнулся потому что интерференция, потому что прошел через левую или потому что прошел через правую дырку.

    Дык вот после того как он туда ляпнулся, его холостые коллеги продолжают лететь в состоянии неопределенности лево–право, и тем самым еще могут выбрать, в какой из детекторов им попасть.

    Что тебе хотели сказать в книжке так это то, что картина интерференции, которую ты наблюдаешь не то чтобы однозначно связана с тем, что ты «не знаешь через какую дырку фотон прошел». Ты можешь это потом «узнать», только узнавание это уже не будет влиять на картину, а наоборот — наблюдаемая картина повлияет на то, что ты увидишь на детекторах.

  38. Am7:

    то есть ты хочешь сказать, что если сигнальный фотон ляпнулся на экран, то холостой фотон начинает жить своей собственной жизнью, и в какой детектор он попадёт — уже не имеет никакого значения для определения того, по какому пути прошёл сигнальный?

  39. S-k:

    Я почитал еще раз что в книге написано. А не так ли там получается, что интерференция вообще не возможна в чистом виде? То есть эксперимент при любых условиях всегда дает две полосы, на которых по будущей информации можно будет вычленить интерференцию.

    Ведь не просто так такой случай вообще не рассматривается. Но как тогда объяснить эту невозможность

  40. Reem:

    k– я не думаю, что эксперимент, в котором ты успеваешь убрать линзы, в принципе корректно описывать так, как мы это делаем в данном посте. то, что ты убираешь линзы, должно быть учтено.
    мне кажется, что если «холостой» фотон «узнаёт» о линзе раньше, чем «сигнальный» достигает экрана, то интерференция будет, и наоборот. но это так, на правах словоблудия.

  41. Reem:

    k– эксперимент даёт две полосы + интерференцию. полосы о тех фотонов, чьи пары попадают в детекторы, однозначно задающие щель. интерференция от тех, для которых возможно суперпозиция щелей, взорвись мои пальцы от этого словосочетания. все возможности реализуются и дают вклад в картинку на экране.

  42. S-k:

    ну так почему невозможен результат чистой интерференции?

  43. Peels:

    Да. Эти фотоны изначально живут «своей собственной жизнью», проблема только в том, что до того как кто–то из них куда–то ляпнется мы не знаем их состояние. А как только ляпнулся, состояние коллапсирует и ура.

  44. S-k:

    если так, то мы бы не смогли по холостым фотонам вычленить картинку интерференции основных.

  45. Peels:

    k– Не понял что ты имеешь в виду.

    Там Reem по идее уже написал как все работает, но попробую чисто для себя еще раз.
    Положим каждый фотон у нас будет иметь некую «фазу», т.е. будет представляться в виде
    a|0> + b|1>, где чистое состояние |1> означает что фотон будет замечен на детекторе. Положим все изначальные фотоны вылетают в состоянии |1>.
    Из разделителя выходят два гипотетических фотона, общее состояние которых |10> + |01>. Если их не трогать, они приходят на экран в таком состоянии, и рисуют картинку интерференции, т.к. это сумма волн |10> и |01>. Как конкретно фото коллапсирует из этого состояния я не знаю, но можно предположить что в зависимости от того, куда попадет точка, он станет вида a|10> + b|01>.
    Если один из них потрогать, состояние вынуждено будет сколлапсировать либо в |01> либо в |10>, а придя на детектор такие состояния по отдельности картину интерференции не рисуют.

    Теперь положим ты пустил эти фотоны в дополнительное путешествие, добавив холостых. Теперь у тебя четыре фотона с общим состоянием |11 00> + |00 11>. Что делает левый разделитель? Он по сути раздваивает левый фотон и у тебя получается что–то вроде |10 100> + |01 100> + 2*|00 011>.
    Аналогично правый разделитель раздваивает правый фотон:
    2*|1010 00> + 2*|0110 00> + 2*|0001 10> + 2*|0001 01>
    (Здесь фотоны упорядочены как:
    левый холостой детектор, левый холостой второй луч, левый сигнальный, правый сигнальный, правый холостой второй луч, правый холостой детектор)

    Теперь важно что произойдет раньше. Если фотон попадет на экран, то он сколлапсирует в
    a (|101000> + |011000>) + b(|000110> + |000101>), причем a и b будут выбраны случайно и определят дальнейшие наблюдения на детекторах. Например, если так случится что a=0, то на экране фотон будет выглядеть как будто он пришел справа, и на остальных детекторах тоже.

    Если же фотон сначала попадет в левый холостой детектор, то либо детектор сработает, тогда фотон сколлапсирует в
    |101000>, либо не сработает (мы узнаем что там фотона нет), тогда фотон сколлапсирует в
    (|011000> + |000110> + |000101>)
    Здесь мы видим, что если сразу после этого фотон попадет на экран, он все еще будет рисовать в некотором роде картину интерференции. Это логично, т.к. на данный момент судьба фотона еще не определена — мы либо должны засечь его в правом холостом детекторе и сколлапсировать в |000101>, либо он останется незамеченным на правом детекторе, сколлапсирует в
    (|011000> + |000110>) и его дальнейшая судьба будет зависеть от последних детекторов.

    Как–то так.

  46. Peels:

    Емае как непонятно написал, ну да может поймет кто.
    Слова «Если один из них потрогать» должны быть — «Если до попадения на экран один из фотонов (левый или правый) будет измерен детектором,..»

  47. Reem:

    k– возможен. точно так же, как возможно то, что воздух в твоей комнате займет лишь её половину, оставив вторую абсолютно пустой.

  48. Roglik:

    Ага, статистически так и выходит. А если работать с одиночными фотонами, то возникнет проблема измерения момента регистрации по отношению к моменту испускания фотона. Если знать все времена, то можно было бы вообще точно определять через какую щель на экран попал фотон, просто зная длину пути. Но знать этого не положено. Можно пытаться светить импульсным лазером с задержкой между импульсами больше чем пробег фотона до экрана. Но в импульсе будет несколько фотонов и кто из них каким путём шёл определить не удастся. Однофотонный эмиттер, на одиночной квантовой точке, например, — это уже другая песня, он в литературе именуется чисто квантовым в силу того, что сказать в какой момент он испустит фотон — никак нельзя.

  49. S-k:

    если такая картинка получена — я могу сломать стиратели и пустить все холостые фотоны на детекторы. Что этому помешает? Фотоны станут разумными и всю жизнь будут избегать детектирования?

  50. Peels:

    k– Не будут они избегать детектирования. Просто детекторы «засекут» их в состоянии |0>. Точнее, т.к. изначально детекторы сделаны для того. чтобы реагировать на фотоны вида |1> то детекторы просто ничего не засекут.

    Я тебе там выше довольно детально посчитал, по–моему и в контексте того подсчета не понимаю о чем ты споришь вообще.

  51. S-k:

    я отчаялся на середине того комментария.

  52. Peels:

    k– Но без нормальной формализации трепаться на эту тему почти бессмысленно. Т.е. суть дела тебе тут уже несколько раз объяснили, дальше можно только повторять или перебирать рассчеты.

    Вкратце — ничего магического там не происходит (если не считать саму концепцию спутанных фотонов магической, конечно). Либо фотон коллапсирует в определенное состояние в одном месте, либо в другом. В результате наблюдаемое распределение исходов в одном детекторе дает информацию о наблюдаемом распределении исходов «других» фотонов в другом детекторе.

    Проблема, мне кажется, в том, что в попытках придать квантовой механике особую таинственность, авторы научнопопулярного текста из кожи вон лезут чтобы сформулировать суть дела как можно более запутанным и «чудесным» образом.

  53. Ehzapa:

    k– Какую информацию таким способом можно получить из будущего, как ты считаешь?

  54. S-k:

    я считаю, что я чего–то не догоняю, но никто не смог мне объяснить понятным языком что именно.

  55. S-k:

    Ну записать формально — это конечно хорошо, но объяснить, что значат те или иные формализмы — еще лучше. Начиная с тех же a и b 🙂 И что это за форма записи с палочками и скобками?

  56. S-k:

    Если я еще не утомил. Вот случился такой маловероятный факт — мы получили чистую интерференционную картинку. Что это нам говорит о холостых фотонах?

    Я как понял, это значит, что все фотоны попадут на стиратели. Так?

  57. Ehzapa:

    k– Нет, ну смотри, у нас есть тыща одноразовых нано–установок. Можно ли отправить с их помощью в прошлое определённую фразу, закодировав её двоичным кодом? Проведи мысленный икспиримент.

  58. Peels:

    k– На палочки и скобочки забей, это просто традиция такая, почему так здесь не важно.
    Вместо |…> можно с тем же успехом писать просто (…), но по причинам которые здесь не важны пишут |…>. Эта запись, кстати, называется «кет». Симметричная запись <…| называется «бра», а совмещение двух <…|…> назвается «бракет». Фейнман придумал, кажись. Но это сейчас не важно.

    Штука вида |x> — это фотон. Фотон бывает в каком–то состоянии. Например в нашем случае «есть на пути» или «нет на пути». Если фотон находится на пути, мы будем обозначать это как |1>, а если нет — как |0>. Однако для фотона не проблема быть в «смешанном» состоянии (т.н. суперпозиция). Например, он может быть наполовину |0> и наполовину |1>. Такое состояние формально выглядит как 1/sqrt(2) |0> + 1/sqrt(2) |1>, но для простоты мы опускаем коэффициенты и пишем |0> + |1>. В общем виде, фотон может иметь любое состояние вида
    a|0> + b|1> где a и б — комплексные числа для которых |a|^2 + |b|^2 = 1.

    Если у фотона в состоянии a|0> + b|1> «спросить», какое у него сейчас состояние, он ответит |0> с вероятностью |a|^2, или |1> с вероятносьтью |b|^2. После измерения фотон примет то состояние, которое он «ответил».

    Теперь пусть у нас два фотона |x> и |у>. Систему из двух таких фотонов мы будем записывать как |xy>. Чудесным образом, система из двух фотонов тоже может быть в «смешанных» состояниях.

    Например, после выхода из первого светоделителя мы имеем два фотона, общее состояние которых:
    |01> + |10>. Т.е. это либо «фотон слева, и нет фотона справа», либо «фотон справа и нет фотона слева», но оба эти состояния присутствуют одновременно и ни одно из них не будет предпочтено до тех пор пока кто–то не попробует «измерить» систему.

    Измерение в нашем случае может означать, что кто–то спросит «а есть ли фотон на левом пути»? В нашем случае ответ на этот вопрос будет c вероятностью 1/2 «да» и в таком случае из суммы |01> + |10> мы обязаны будем выкинуть все те варианты, в которых на левом пути фотона нет. В нашем случае это оставит выражение |10>, соответствующее фотону слева.

    Далее все работает точно так же, только фотонов становится больше и возможные спутанные комбинации становятся более длинными.

    Например, мы выяснили что после прохождения всех разделителей полная система из шести гипотетических фотонов будет иметь вид
    |101000> + |011000> + |000110> + |000101>
    Т.е. либо есть фотон на пути к левому холостому детектору и левый сигнальный, либо есть фотон на пути к левому холостому второму детектору и левый сигнальный, итп.

    До тех пор пока ты не проведешь хоть какое–нибудь измерение этой системы (в любом месте, в любом фотоне), ты не знаешь какое у нее состояние. Теперь давай проведем измерение на левом холостом детекторе. Это значит, что мы спросим у системы, а что за циферка у тебя там на первом месте?
    Внимательно посмотри на выражение сверху и убедись что циферка там либо 1 (в одном случае из четырех) либо 0 (в трех случаях из четырех). Т.е. с вероятностью 0.25 мы увидим на том детекторе фотон. Если это случится, вся система сколлапсирует в |101000> (т.к. других членов суммы с этим фотоном нет).

    Это значит что обнаружив фотон на данном детекторе ты как будто «уничтожил» фотоны, потенциально летевшие к некоторым другим детекторам и вообще определил всю судьбу системы однозначно.

    Если же тот детектор сказал 0, то система сколлапсирует в
    |011000> + |000110> + |000101>

    Теперь, положим, такой фотон ляпается в экран. Экран по сути «замеряет» состояние двух средних цифр одновременно, т.е. он «видит» вышеприведенную комбинацию в виде
    |..10..> + |..01..> + |..01..>
    или, убрав точечки,
    |10> + 2|01>
    (обрати внимание, что сам факт того, что ты не замерил фотона на левом холостом детекторе увеличил вероятность правого сигнального фотона).

    Экран замеряет пришедшую на него конфигурацию неким хитрым образом. Упрощенно, можем сказать что либо фотон хлопнется ближе к левой щели, либо ближе к правой (причем распределение вероятностей здесь будет таким, что много фотонов сделают картину интерференции, ведь они пришли одновременно и слева, и справа). Если фотон хлопнется ближе к левой щели, система сколлапсирует во что–то типа
    9|10> + |01>. Если здесь вспомнить что в системе было больше «битов», мы увидим что полное состояние системы будет:
    9|011000> + 0.5|000110> + 0.5|000101>

    Это состояние прекрасно описывает тебе что ты можешь ожидать увидеть на других детекторах вне зависимости от того, далеко они стоят или близко.
    Одна вещь, которую я не трогал — это «смеситель» холостых фотонов, но принципиально там логика вычислений та же.

    А что там в тексте который ты читаешь мутят про предсказание будущего, я не очень понимаю.

  59. Peels:

    k– Читай выше. Если ты получишь интерференционную картину, у тебя все равно часть фотонов попадет на одни, а часть — над другие детекторы, т.к. каждая точка в твоей картине могла бы быть с тем же успехом быть получена как от «чисто левого», так и от «чисто правого» фотона. Соответствующие этим точкам результаты на детекторах будут с некоторой вероятностью вести себя так, как будто соответствующие фотоны и правда пришли чисто слева или же чисто справа.

  60. S-k:

    Начинаешь разбираться и от каждого предложения возникают новые вопросы. Скажем мне теперь непонятен сам процесс детектирования фотона. Положение фотона описывается волновой функцией, которая дает нам вероятности нахождения фотона для каждой точки пространства, но конкретного положения фотон не имеет, вроде как–то так.

    Если я хочу знать, есть ли в каком то месте предмет — я своим пятипалым детектором трогаю это место. Если там предмет — я с ним взаимодействую и знаю что он там. Если его там нет — я с ним не взаимодействую.

    Теперь я хочу найти фотон в определенной области пространства и ставлю туда детектор. Получается на него попадает большое количество фотонов, чья волновая функция в данном месте дает высокую вероятность нахождения? А те, которые не попали? Я взаимодействовал с ними или с их волновой функцией? Ведь в области детектора не было ни одного фотона, только волновая функция каждого фотона вселенной и детектор каждого, грубо говоря, опросил, какова его вероятность быть тут? Или как? Ведь если в данной точке пространства нет конкретного фотона, а только вероятность для нахождения там каждого фотона вселенной, с кем вообще идет взаимодействие в процессе детектирования?

    Это один из 10 тупых вопросов, которые возникли у меня за минуту. Думаю я уже не буду спрашивать, какая из шести цифр в восьмом параграфе какое состояние кодирует.

    Похоже пора начинать читать учебную литературу с основ, а не пытаться понять сложные вещи, не имея фундамента для их понимания.

    Но спасибо за объяснения, думаю я к ним еще вернусь.

  61. Peels:

    k– У вопроса детектирования тоже несколько аспектов, которые не стоит мешать.
    Например, в твоем посте нет смысла углубляться в вопросы нахождения расположения фотона в пространстве, проще считать что все детекторы «достаточно большие» чтобы обязательно засечь летящий в них фотон. Тогда все сводится к определению того, есть фотон или нет, а не то, куда он там летит.

    Если же у тебя по какой–то причине детектор такой маленький, что волна вероятности фотона может «облететь его», то ты по сути ставишь себя в ситуацию с двумя щелями — если фотон не попадает в детектор, он расслаивается на суперпозицию «облетел слева» и «облетел справа» и «вообще не было его там», и далее происходит интерференция и прочая фигня.

    Но в любом случае, т.к. твой детектор дал тебе какую–то информацию об этом фотоне, то ты якобы–взаимодействовал с ним на квантовом уровне, и он сколлапсировал как–то, соответствуя этому взаимодействию. Как минимум, ты увеличил вероятность того, что его вообще не пролетало мимо. Если у него был некий альтернативный путь, ты увеличил вероятность пронаблюдать его в том альтернативном месте. Но это как бы само собой разумеется, и в таких вопросах математический формализм выходит за рамки здравого смысла. Т.е. пользуясь тем же формализмом можно начать говорить что посмотрев в окно и не увидев там тебя я «повзаимодействовал» с тобой и «сколлапсировал» тебя в любое место кроме как за окном. Получается корректно, но бредово.

    Поэтому при желании можно даже сказать что ты в каждом детекторе наблюдаешь каждый фотон вселенной, и это наблюдение коллапсирует каждый фотон во вселенной определенным образом. Только это ничего по сути в их жизни не меняет, кроме того что говорит тебе что их нет на твоем детекторе.

    Почитать рекомендую Фейнмана плюс любую базовую книжку по линейной алгебре в квантовой физике.

Добавить комментарий