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量子擦除实验

量子擦除实验

在量子力学里,量子擦除实验(quantum eraser experiment)是一种干涉仪实验,它可以用来演示量子纠缠、量子互补等等基本理论。

目录

简介

本条目所论述的双缝量子擦除实验是杨氏双缝实验的一种变版。假设在杨氏双缝实验里,观测光子到底穿过的是哪条狭缝,则光子会因此无法与自己相互干涉。假设整个光束的每一个光子都像这样被观测所通过的狭缝,则先前在探测屏显示出的杨氏双缝实验干涉图案会被消毁。这意味着路径信息与干涉图样可视性是彼此互补的变量。原先,物理学者认为,根据海森堡不确定性原理,在搜集路径信息时,不可避免地搅扰了光子的运动,连带使得干涉图样也被洗掉了。后来,物理学者又证实,光子与探测路径仪器(标记器)之间的量子纠缠也会造成干涉图样被洗掉,完全不需引用海森堡不确定性原理的机制。这实验结果引出一个特别深奥的问题:互补原理是否比不确定性原理更为基础,在本条目所描述的量子擦除实验里,搜集路径径信息并没有不可逆反地搅扰光子,只是按照光子通过的狭缝将光子贴上标签,稍后,又将这标签擦除。贴上标签的光子不能够与贴上不同标签的自己相互干涉,因为这两种标签相互正交,后果是干涉图样被洗掉。然而贴上标签的光子,若标签又被擦除,则光子又可以与自己相互干涉,后果是杨氏双缝实验的特征干涉图样会被再度显示出来。

评价

本实验的装置在空间方面可以分为两个区域。应用自发参量下转换技术制成一对纠缠光子对,其两个光子会分别移动于这两个区域,彼此不会遭遇到对方。现在,假若移动于其中任意一个区域的光子被搅扰,则由于量子纠缠,移动于另外一个区域的光子会被影响,尽管两个区域可能在空间上相隔很遥远。这是一种涉及到超距作用的现象。在第二区域的探测屏所显示的干涉图样可以被消毁或恢复,完全不需改变在第二区域的实验设施,只需要操控在第一区域移动的纠缠光子;此外关于第二区域的双狭缝,或其他介于发射晶体与探测屏间的实验仪器,在光子通过这双狭缝或实验仪器之前或之后,都可以进行操控。更具体地说,在这实验的第二区域里,假设双狭缝前面被装置了标记仪器,因此干涉现象被消毁(因为明确的路径信息存在),现在,在第一区域进行量子擦除动作,这动作的完成可以有效地擦除路径信息,从而重新展现干涉图样,完全不需改变第二个区域的实验设施。总结:在第一区域发生的量子擦除事件,能够超距地重新展现第二区域的干涉图样。[1]

参考文献