Hay dos experimentos que se utilizan a menudo para explicar la Mecánica Cuántica: el experimento de las dos rendijas y la paradoja EPR. Tengo curiosidad por saber qué pasaría si los combinaras.
Imagine un experimento en el que dispara pares de partículas entrelazadas en dos configuraciones simultáneas de dos rendijas. Si usó detectores, podría averiguar cómo se correlacionan las rutas de las partículas entrelazadas. Tal vez pueda deducir, basándose en el resultado de un detector, qué ranura atravesó la otra partícula. Ahora, si tuviera que ejecutar los experimentos con un detector en un lado y ningún detector en el otro lado, ¿las partículas no observadas seguirían formando un patrón de interferencia, aunque sepa por qué rendija habrían pasado?
Mi intuición es que la respuesta es sí. A pesar de estar entrelazadas, las partículas no deberían tener acciones correlacionadas, de lo contrario habríamos inventado la comunicación más rápida que la luz. Podrías crear un dispositivo que disparara constantemente partículas enredadas hacia dos mundos distantes, y si un mundo de repente comenzara a observar las partículas de su lado, las partículas que llegan al otro mundo dejarían de crear un patrón de interferencia al instante.
Un experimento muy cercano al experimento propuesto fue realizado por Dopfler, estudiante de posgrado de Zeilingers, en 1998. Usó un cristal de conversión descendente para producir pares de fotones entrelazados en un tipo de experimento de borrador cuántico que involucra una doble rendija.
Uno de los miembros atravesó la doble rendija y fue detectado por un detector A que escanea el espacio detrás de las rendijas para ver si hay un patrón de interferencia o no. El otro miembro pasa a través de una lente a otro detector B cuya distancia a la lente se puede variar (el ángulo es fijo). Al mover el detector B dentro o fuera de foco con la lente, se puede detectar que el otro miembro del par pasa a través de una de las rendijas (enfocado, "ve" los agujeros de las rendijas) o se borra la información de la dirección (fuera de enfoque, la información de ambas rendijas se fusionan).
Una forma útil de ver estas configuraciones experimentales es pretender que el fotón es emitido por uno de los detectores, pasando hacia atrás a través del experimento, a través del cristal de conversión descendente con el momento intacto y finalmente absorbido por el otro detector.
Por lo tanto, este experimento se describe simplemente como la lente + el detector B que observa la información de la rendija o no en la otra sección del experimento.
Según Dopfler y Zeilinger , el experimento funcionó, pero no he leído nada al respecto desde entonces y la disertación original se ha extraído de la web, pero se puede encontrar una copia en el archivo de Internet. Dado que usó un contador de coincidencias para aumentar la relación señal-ruido entre ambos detectores, en realidad no habían demostrado ninguna señalización FTL, sin embargo, la especulación es que el experimento podría realizarse sin el contador. Creo que Zeilinger llama a la alternativa conceptual a la señalización espacial "retrocausalidad", donde la causa es temporal en ambos caminos después de la conversión descendente, pero retrocede en uno de ellos (como en la herramienta "simular" mencionada anteriormente).
J. Cramer aparentemente trabaja actualmente en el perfeccionamiento de este experimento.
Hay una serie de artículos que estudian la interferencia de doble rendija en el nivel de un solo fotón utilizando pares de fotones entrelazados. El artículo de Scarcelli et al. https://arxiv.org/abs/quant-ph/0512207 lleva a cabo un experimento de borrador cuántico de elección retardada utilizando una imagen fantasma configurada para mostrar las franjas de interferencia clásicas cuando la información de la ruta está ausente y la ausencia de interferencia cuando la información de la ruta está ausente está presente. En general, la interferencia está presente en los datos como un subconjunto de todas las posibles detecciones mediante el uso de un filtro de paso de banda de CC de Fourier. En cambio, cuando se recogen todas las posibles coincidencias no hay interferencia. ¡Eso es raro!
En contraste, un experimento similar, publicado por Reubin et al. https://arxiv.org/abs/1602.05987 , que difiere solo en la ausencia de la lente de imagen fantasma revela el patrón de interferencia clásico para todas las coincidencias posibles. Sin embargo, con una diferencia crucial. Tuvieron que usar el filtrado de modo óptico para lograr una interferencia de alta calidad.
En ambos casos, un fotón simplemente pasa a través de la doble rendija y se detecta.
Estos experimentos son ambos experimentos de interferencia de doble rendija de un solo fotón. Sin embargo, revelan un aspecto que a menudo se pasa por alto en la realización de tales experimentos. La naturaleza de un solo fotón.
Los fotones individuales son excitaciones individuales de un modo de campo electromagnético. Como partícula cuántica, pueden existir en superposiciones. Como tales, también pueden representar un estado multimodo.
Cuando observamos la interferencia de doble rendija, a menudo está implícito que estamos tratando con una excitación monomodo, con una fase bien definida en las rendijas. Esto es cierto hasta el límite macroscópico con un láser monomodo coherente. La importancia de la composición modal del haz de iluminación es de vital importancia para observar la interferencia. Esto siempre es parte de cualquier experimento de grado de la doble rendija.
Sin embargo, la composición de modos parece olvidarse a nivel de fotón único.
Los experimentos realizados con pares de fotones entrelazados a menudo descuidan la calidad del modo del haz. Esto se ilustró en el artículo de Reubin et al., donde demostraron que el filtrado de modos era necesario para lograr buenas franjas de interferencia.
El artículo que pretende ilustrar el borrador cuántico de elección retardada, de Scarcelli et al., también emplea el filtrado de modos en su experimento utilizando variables con ventanas en el plano de la transformada de Fourier.
Lo que no se considera es el efecto del filtrado sobre el compañero enredado. Los dos fotones emitidos por el cristal de conversión descendente tienen un momento entrelazado. Eso significa que están efectivamente enredados en modo. Cuando aplica un filtro de modo a un fotón en un brazo, está restringiendo el patrón de interferencia solo a aquellos fotones con el mismo modo espacial.
Por lo tanto, los supuestos experimentos de borrador cuántico de elección retardada en realidad solo ilustran el filtrado de modo post-selectivo. La información de "qué camino" es irrelevante en estos experimentos porque el colapso de la función de onda todavía ocurre en el detector o CCD en todos los casos. Es solo que el experimento tiene la capacidad de elegir diferentes funciones de onda utilizando la técnica de filtrado de modo correlacionado de fotones descrita aquí, donde el patrón amplio sin características se interpreta fácilmente como la distribución de probabilidad correspondiente a la excitación multimodo.
Por lo tanto, estos experimentos demuestran que la selección del modo de fotones entrelazados puede afectar el resultado experimental de un experimento de doble rendija. Sin embargo, los resultados están estrechamente relacionados con los resultados de imágenes fantasma demostrados en el artículo de Reubin et al. y, por lo demás, no demuestran de manera concluyente el efecto de borrador cuántico de elección retardada.
david z