¿Explicación causal del experimento del grupo de Vaidman "Preguntar a los fotones dónde han estado"?

¿Es la comprensión adecuada de este experimento? ¿Se puede explicar sin retropropagación?

La respuesta a esta pregunta es definitivamente sí . De hecho, los autores brindan este análisis en los materiales complementarios (1) (pdf con acceso a la revista requerido).

El campo en el detector, para la primera configuración anterior, tiene esta forma:

$$\Psi(x,y,t)=\frac{A}{3}\left( e^{-x^2-(y-\delta_C(t))^2}+e^{-x^2-(y-\delta_E(t)-\delta_A(t)-\delta_F(t))^2}-e^{-x^2-(y-\delta_E(t)-\delta_B(t)-\delta_F(t))^2}\right),$$ mientras que en la segunda configuración se elimina el primer término. El término $\delta_A(t)=\delta_0 \sin {\omega_A t}$y análogamente para los demás términos de modulación. Tenga en cuenta que aunque le he dado a esto la variable $\Psi$, siguiendo a los autores, en realidad es solo una amplitud electromagnética clásica.

De esta forma no es muy transparente qué picos resultarán en cada situación, y en ese sentido, el TSVF sí parece ser útil en este caso. Sin embargo, se pueden sacar algunas conclusiones:

1. Las dos segundas amplitudes, que en una imagen de tipo integral de trayectoria corresponderían presumiblemente a las dos trayectorias que pasan por el interferómetro más pequeño, en general no se anulan. Por lo tanto, la afirmación de que el interferómetro se encuentra en una configuración de interferencia destructiva no parece ser del todo cierta. En efecto, las diferentes frecuencias$f_A$y$f_B$evitar que cancelen para siempre.

2. Como resultado, supongo que, en principio , siempre debería haber algo de poder en$f_A$y$f_B$, se reducen sustancialmente (sería interesante entender cuánto exactamente) cuando el haz a lo largo del espejo C está bloqueado. Si este no es el caso, entonces debe haber energía espectral en otra parte debido a estos términos, ya que están causando un campo eléctrico en movimiento.

Por lo tanto, mi sospecha (todavía sin confirmar) es que este experimento puede leerse como una medición de una modulación débil ya sea encima de un haz fuerte o por sí mismo. En el primer caso obtienes un campo del formulario$\epsilon \cos{\omega_{mod} t} + \cos{\omega_c t}$, y en el segundo caso solo tienes$\epsilon \cos{\omega_{mod} t}$. Cuando los elevas al cuadrado para obtener la potencia, la modulación por sí misma tiene una potencia de orden.$\epsilon^2$, pero cuando se superpone al haz fuerte se obtienen términos de orden de interferencia$\epsilon$. En otras palabras, los efectos de una modulación débil pueden hacerse arbitrariamente más grandes que la propia modulación interfiriéndola con un haz fuerte.

Por supuesto, esto no suena tan emocionante como el lenguaje que usan los autores en el texto principal para describir lo que ven. Esta es una buena ilustración de un sentimiento que tengo sobre muchos de estos tipos de documentos: afirman demostrar algún nuevo efecto llamativo, que explica los datos, pero luego, enterrados en el texto o material complementario, también admiten que hay un imagen equivalente mucho más mundana.

(Nota añadida: al volver a leer el artículo, veo que mencionan un poco esta perspectiva al final y dicen que el "efecto se debe a una pequeña fuga de luz en el interferómetro interno", lo que respalda la sospecha dada anteriormente. Así que no puedo criticar la transparencia de los autores, pero aún personalmente encuentro que parte de la discusión filosófica es demasiado para la interferencia de ondas clásicas).

Es muy delicado hablar de "la correcta comprensión" de tal experimento. Lo que es más relevante es cómo desarrollar una intuición. Los autores aquí proponen que el formalismo vectorial de dos estados es intuitivamente más útil que una vista basada en la trayectoria.

No hay nada nuevo aquí en el sentido de que sabemos que los objetos cuánticos como las partículas elementales no tienen trayectorias. Esto a menudo se diluye en concepciones que implican que "podemos / no sabemos cuál es la trayectoria real", algo implícito aquí por el título del artículo, "preguntar a los fotones dónde han estado", lo que sugiere fuertemente que han estado en algún lugar; pero no hay contrafactualidad en la mecánica cuántica: no hay respuesta a una pregunta que no se hace.

Las preguntas formuladas en este experimento no son sobre trayectorias. Se trata de lo que los fotones "ven" de la configuración general. En este sentido, es análogo al probador de bombas Elitzur-Vaidman, o incluso al efecto Aharonov-Bohm. Estos muestran que un sistema cuántico tiene una especie de conciencia no local de la configuración general de la que forma parte.

El formalismo vectorial de dos estados toma en serio la no localidad, en el sentido de que no distingue las condiciones de frontera pasadas y futuras. Este es el espíritu de la integral de trayectoria, que tiene una vista panorámica a vista de pájaro de un sistema cuántico que no intenta describir su evolución momento a momento, sino que solo se preocupa por calcular las probabilidades de los "puntos finales observables" de su comportamiento, por así decirlo.

Entonces tiene sentido que cuando la información que nos interesa está dispersa en distintas partes de una configuración (aquí, los espejos), tengamos una mejor intuición usando un marco que renuncia explícitamente a la continuidad no observada que con otra visión mental que asume que hay significado en las trayectorias.