Hari baik untuk semua!
Kami terus mempertimbangkan kemungkinan mekanika kuantum untuk mentransmisikan informasi menggunakan korelasi partikel-partikel terjerat kuantum. Tidak seperti metode komunikasi klasik, penggunaan partikel terjerat kuantum memberikan potensi untuk secara instan mentransmisikan informasi dari jarak jauh. Kesulitannya terletak pada menemukan cara untuk menyandikan dan mendekode informasi yang dikirimkan. Artikel ini dikhususkan untuk menemukan solusi untuk masalah ini dan kemungkinan membuat pengaturan eksperimental. Jika Anda juga tertarik dengan tugas ini - selamat datang ke kucing!
Biarkan saya mengingatkan Anda bahwa
dalam artikel terakhir kami mempertimbangkan salah satu skema yang mungkin untuk mengirimkan informasi antara dua objek jarak jauh. Secara khusus, skema optik dengan pembagi berkas untuk mendapatkan interferensi dipertimbangkan, serta skema deteksi dan penghapusan kuantum menggunakan dua konverter bawah. Dalam komentar, ada banyak diskusi tentang pengoperasian skema seperti itu, serta kritik dari sisi pengguna bahwa penggunaan konverter turun menyebabkan interaksi dengan partikel asli, pergeseran fase dari pola interferensi dan konsekuensi tidak menyenangkan lainnya. Saya tidak mengesampingkan kemungkinan ini, oleh karena itu, setelah pemeriksaan terperinci, saya memutuskan untuk mengecualikan penggunaan konverter down dan membangun sirkuit menggunakan polarizer sirkuler dan linier. Ke depan, saya dapat mengatakan bahwa solusi ini memiliki kesulitan sendiri, karena itu tidak mungkin untuk mendapatkan gambaran gangguan. Untuk mengatasi kesulitan ini, kita akan menggunakan pendekatan elegan yang timbul dari konsekuensi mekanika kuantum itu sendiri. Saya sangat berterima kasih kepada semua orang yang berpartisipasi dalam diskusi artikel terakhir. Argumen dan kritik Anda telah membantu saya lebih memahami kesulitan yang terlibat, mencari lebih banyak informasi dan menemukan solusi baru.
Untuk memulai, pertimbangkan
pengaturan eksperimental yang sebenarnya . Sinar laser mengenai perangkat optik nonlinier: kristal barium beta-borate (BBO), karena satu foton dikonversi menjadi dua foton frekuensi rendah terjerat. Suatu proses yang dikenal sebagai hamburan parametrik spontan. Pasangan foton yang dihasilkan mengikuti jalur yang berbeda, salah satunya langsung menuju
detektor 1 , dan yang kedua melewati celah ganda dan memasuki
detektor 2 . Kedua detektor terhubung ke sirkuit kebetulan, memastikan bahwa hanya pasangan foton terjerat yang diperhitungkan. Sebuah motor stepper menggerakkan detektor kedua dan memindai area target, menciptakan peta intensitas yang membentuk pola interferensi yang biasa.
Untuk foton yang melewati celah ganda, polarisasi melingkar ditempatkan di depan setiap celah, menciptakan polarisasi cahaya searah jarum jam ketika melewati satu celah, dan polarisasi berlawanan arah jarum jam ketika melewati celah lain. Foton yang melewati polarizer searah jarum jam tidak dapat melewati polarizer yang diarahkan berlawanan arah jarum jam. Dan masing-masing foton yang melewati polarizer berlawanan arah jarum jam, tidak dapat melewati polarizer yang diarahkan searah jarum jam. Foton melingkar "label" foton, menghancurkan pola interferensi pada detektor kedua (
Fresnel-Arago Laws ).
Selanjutnya, polarizer linier diperkenalkan di jalur foton pertama, yang memungkinkan seseorang untuk mendapatkan polarisasi diagonal foton. Keterjeratan juga memberikan polarisasi diagonal tambahan pada mitranya, yang melewati celah ganda. Ini mengubah efek dari polarisasi melingkar - sekarang setiap foton dapat melewati polarisasi melingkar searah jarum jam dan berlawanan arah jarum jam. Dengan demikian, tidak mungkin lagi menentukan jalur mana yang ditempuh foton, dan pinggiran gangguan dipulihkan.
Pertimbangkan ini secara lebih rinci dalam contoh berikut. Bayangkan Alice menggunakan polarisasi linear atau melingkar pada detektor pertama, langsung memengaruhi hasil Bob pada detektor kedua. Misalkan kristal BBO menghasilkan keadaan berikut:
Jika Alice menempatkan polarizer melingkar di depan detektor yang menyaring foton terpolarisasi searah jarum jam, maka setiap kali Alice mengukur foton, foton Bob yang sesuai harus memiliki polarisasi searah jarum jam:
Karena Bob menempatkan filter polarisasi berlawanan di dekat setiap celah, kita tahu bahwa foton ini hanya dapat melewati (katakanlah) celah pertama. Dari celah ini, mereka jatuh di layar sesuai dengan fungsi gelombang:
di mana a adalah jarak antara slot, d adalah jarak dari slot ke layar, dan x adalah jarak ke tengah layar. Intensitas cahaya pada layar (jumlah foton) akan sebanding dengan kuadrat amplitudo gelombang ini, dengan kata lain
Demikian pula, ketika Alice mengukur foton dengan polarisasi berlawanan arah jarum jam, foton Bob yang sesuai terpolarisasi berlawanan arah jarum jam, yang hanya dapat melewati celah kedua dan masuk ke layar dengan fungsi gelombang.
Perhatikan bahwa satu-satunya perbedaan adalah tanda a / 2, karena foton dipancarkan dari celah lain. Di layar kita juga akan melihat tempat - tetapi ini adalah tempat lain yang digeser jarak
a . Ada satu poin penting: jika Bob tidak pernah menemukan polarisasi apa yang diterapkan Alice, maka Bob benar-benar melihat jumlah dua intensitas di layarnya:
karena keduanya diproduksi dalam jumlah yang sama oleh kristal. Bob hanya bisa membedakan dua puncak dalam datanya. Hanya setelah menerima hasil pengukuran Alice dia dapat melihat bahwa untuk set foton di mana Alice mengukur polarisasi searah jarum jam, subset dari foton Bob didistribusikan sesuai dengan
dan untuk satu set foton, di mana Alice mengukur polarisasi berlawanan arah jarum jam, sebagian dari foton Bob didistribusikan menurut
(dua puncak dan jumlah mereka ketika Alice mengukur polarisasi foton menggunakan polarizer melingkar)Sekarang pertimbangkan situasi di mana Alice akan menggunakan polarizer linier alih-alih yang melingkar. Hal pertama yang harus dilakukan adalah menuliskan fungsi gelombang sistem dalam hal status polarisasi linear:
Ketika Alice menggunakan polarizer horizontal, fungsi gelombang foton Bob akan berada dalam keadaan superposisi polarisasi searah jarum jam dan berlawanan arah jarum jam. Ini berarti bahwa foton benar-benar dapat melewati kedua celah! Saat mengenai layar, kita mendapatkan amplitudo gelombang
dan intensitasnya
dimana
mewakili perbedaan fasa antara dua fungsi gelombang pada posisi x pada layar. Sekarang layar benar-benar memiliki gambar gangguan! Demikian pula, jika Alice menggunakan polarizer vertikal, maka amplitudo gelombang foton Bob adalah
dan intensitas
Dan lagi, pola interferensi muncul di layar, tetapi sedikit berubah dari yang sebelumnya karena perbedaan fase foton yang melintasi polarizer horizontal dan vertikal.
Jadi bisakah Alice mengirim pesan kepada Bob, menyandikan pesannya menggunakan polarisasi linear dan melingkar? Sayangnya tidak. Karena Bob tidak diberi tahu polarisasi mana yang digunakan Alice, yang ia lihat hanyalah jumlah dari dua gangguan. Karena itu, hasilnya
lagi-lagi noda.
(dua pola interferensi dan jumlah mereka ketika Alice mengukur polarisasi foton menggunakan polarizer linier)Korelasi bervariasi tergantung pada eksperimen yang dilakukan Alice. Terlepas dari kenyataan bahwa gambar keseluruhan adalah sama, kedua himpunan bagian memberikan korelasi yang sangat berbeda: jika Alice menggunakan polarisasi linier, maka gambar penuh pada layar terbentuk dari dua pola interferensi, dan jika Alice menggunakan polarisasi melingkar, gambar adalah jumlah dari dua puncak.
Untuk mendeteksi interferensi, Anda perlu memodifikasi eksperimen ini sebagai berikut: alih-alih dua slot dengan polarisasi melingkar, Anda perlu menginstal interferometer Mach Zehnder. Mari kita pertimbangkan secara lebih rinci prinsip pengoperasian interferometer ini dan cobalah untuk mencari tahu perubahan apa yang terjadi ketika digunakan.
INTERFEROMETER ZENDER MACHPada input interferometer ada cermin transparan yang membagi fluks cahaya menjadi dua balok. Bercermin dari dua cermin buram, mereka disatukan dalam cermin transparan kedua. Jika foton adalah partikel klasik, maka dengan probabilitas 50% dapat melewati cermin tembus pertama, dan dengan probabilitas 50% itu akan tercermin dari itu.
Misalkan foton melewati cermin tembus pertama dan bergerak di sepanjang cabang bawah. Pada mirror kedua yang tembus cahaya, ia juga bisa lewat atau dipantulkan dengan probabilitas 50%. Artinya, kontribusi cabang bawah adalah sebagai berikut: 25% dari jumlah awal foton akan naik setelah cermin tembus kedua dan 25% ke bawah. Jika foton terpantul pada cermin tembus pertama dan pergi sepanjang cabang atas, maka pada cermin tembus kedua itu bisa lewat atau dipantulkan. Kontribusi cabang atas juga akan naik dan turun 25%. Probabilitas total adalah jumlah kontribusi dari dua cabang dan 50% bahwa foton akan naik setelah melewati cermin tembus kedua dan 50% yang turun.
Jika kita melakukan eksperimen nyata, kita akan melihat bahwa semua foton yang melewati perangkat akan bergerak ke bawah. Tidak ada satu foton pun yang akan bergerak ke atas setelah cermin transparan kedua. Faktanya adalah bahwa setelah melewati cermin transparan pertama, foton tidak akan dijelaskan oleh probabilitas klasik, tetapi oleh superposisi kuantum.
Kami ditunjukkan oleh vektor ket dasar dengan panah dua kemungkinan arah foton: atas dan ke bawah. Kemudian pada awalnya foton akan dijelaskan oleh vektor negara "turun". Setelah melewati cermin transparan pertama, foton akan berada di superposisi dari vektor basis naik dan turun. Superposisi ini adalah realisasi fisik lain dari qubit, bersama dengan putaran elektron dan polarisasi foton.
Kuadrat dari nilai absolut dari amplitudo probabilitas akan menjadi probabilitas klasik dari bagian dan refleksi dari foton. Setelah cermin transparan pertama, mereka akan bertepatan dengan yang klasik: 50% bahwa foton bergerak ke atas dan 50% ke bawah. Setelah melewati mirror transparan kedua, amplitudo probabilitas mengubah nilainya. Selain itu, dalam kerangka mekanika kuantum, seseorang dapat menghitung bahwa salah satu dari mereka akan nol, dan yang lainnya. Artinya, foton akan kembali ke keadaan yang dijelaskan oleh vektor basis ke bawah. Dengan probabilitas seratus persen, setelah melewati cermin transparan kedua, foton akan bergerak ke bawah.
Pada hasil dari cermin tembus kedua, tidak lebih dari gangguan foton dengan dirinya diamati. Jika kita mencoba mencari tahu mana lengan interferometer yang benar-benar dilewati oleh foton, maka interferensi itu hilang.
EKSPERIMENMari kita coba menempatkan polarisasi melingkar di interferometer Mach Zehnder. Pada satu lengan interferometer, pasang polarizer melingkar searah jarum jam. Di bahu lainnya, atur polarizer melingkar berlawanan arah jarum jam. Selain itu, pada lengan atas, polarizer melingkar dipasang langsung setelah cermin tembus. Di lengan bawah, polarizer melingkar dipasang setelah cermin reflektif. Faktanya adalah bahwa foton terpolarisasi sirkuler yang memantul dari cermin membalik arah polarisasi. Oleh karena itu, untuk foton yang tidak dipantulkan dari cermin tembus cahaya, polarisasi sirkular dibuat setelah refleksi dari cermin.
Kehadiran polarizer di interferometer memberikan potensi untuk menentukan jalur yang dilalui foton. Oleh karena itu, foton akan melewati sepanjang bahu atas atau sepanjang bahu bawah, dan tidak akan pernah melewati kedua bahu pada saat yang bersamaan. Oleh karena itu, kami tidak melihat gangguan pada output. Tidak adanya gangguan mengarah pada fakta bahwa pada output kami mendapatkan 50% dari foton mengarah ke atas dan 50% dari foton diarahkan ke bawah.
Situasi akan berubah jika kita menggunakan partikel terjerat kuantum. Katakanlah sinar laser mengenai perangkat optik nonlinier: kristal barium beta-borate (BBO), karena satu foton dikonversi menjadi dua foton terjerat dari frekuensi yang lebih rendah. Pasangan foton yang dihasilkan akan mengikuti jalur yang berbeda, salah satunya melewati polarizer dan langsung menuju ke
detektor 1 , dan yang kedua melewati melalui interferometer dengan polarisasi melingkar dan menuju ke
detektor 2 atau 3 .
Jika kita menempatkan polarizer melingkar di jalur foton pertama, kita juga tidak akan melihat gangguan. Dengan demikian, pada output kita mendapatkan 50% dari foton mengarah ke atas dan 50% dari foton mengarah ke bawah.
Tetapi jika polarizer linier yang terletak secara diagonal ditempatkan pada jalur foton pertama, maka keadaan terjerat akan memberikan polarisasi diagonal tambahan pada mitranya. Kehadiran polarisasi linier tambahan akan memungkinkan foton melewati kedua lengan dan mengganggu diri mereka sendiri. Dalam hal ini, interferensi akan memiliki perbedaan fase (foton yang mitranya melewati polarizer linier dan yang mitranya tidak lulus, akan menciptakan interferensi pada layar yang saling mengimbangi). Meskipun demikian, foton di pintu keluar dari cermin tembus kedua akan kembali ke keadaan yang dijelaskan oleh vektor dasar ke bawah. Karena itu, setelah melewati cermin transparan kedua, semua foton akan bergerak ke bawah.
Skema implementasi seperti itu nyaman karena tidak memerlukan membangun pola kebetulan partikel terjerat, memancarkan foton satu per satu, dan menganalisis posisi masing-masing foton di layar. Dengan memasang atau melepas polarizer linier di jalur partikel-partikel terjerat, Anda dapat secara instan memengaruhi distribusi pasangannya di antara detektor 2 dan 3. Cukup untuk membandingkan intensitas fluks cahaya di kedua detektor dan menentukan sedikit informasi yang dikirimkan. Secara alami, pada output kristal BBO, tidak semua foton akan terjerat. Jumlah pasangan terjerat akan berjumlah beberapa puluh persen dari total. Tetapi bahkan perubahan kecil dalam intensitas cahaya dapat dideteksi oleh detektor, yang akan mendekripsi informasi yang dikirimkan. Nilai tambah kedua yang besar adalah pasangan yang terjerat tidak dalam posisi superposisi di antara mereka. Ini memungkinkan mereka untuk berinteraksi dengan lingkungan dan tidak menghancurkan informasi yang ditransmisikan, tidak seperti teleportasi kuantum, ketika interaksi dengan udara atau kabel optik menghancurkan fungsi gelombang foton.
MASALAH TERKAITPenggunaan skema semacam itu akan mencapai penundaan minimum saat mentransmisikan informasi jarak jauh. Kecepatan transfer informasi dapat secara signifikan melebihi kecepatan cahaya dalam ruang hampa. Beberapa berpendapat bahwa STO / GTR melarang pengiriman informasi dengan kecepatan di atas kecepatan cahaya. Gagasan tentang keterbatasan kecepatan cahaya diusulkan oleh Poincare dan diturunkan dari formula Maxwell. Dalam hal ini, awalnya itu adalah medan elektromagnetik, dan kemudian dengan tangan ringan Albert Germanovich diperluas ke semua benda material besar dan tak bermassa. Penting untuk menekankan bahwa tidak ada pembicaraan tentang informasi, jika Anda membuka buku tentang STO / GRT, informasi tidak hadir dalam formalisme matematika. Oleh karena itu, ketika mereka mengklaim bahwa STO / GTR melarang transmisi informasi di atas kecepatan cahaya, asumsi implisit dibuat bahwa tidak ada cara lain selain "menanam informasi" pada foton / berkas elektron, dll. tidak ada.
PRINSIP PENYEBABSalah satu masalah utama transfer informasi instan adalah pelanggaran prinsip kausalitas. Tetapi Anda dapat melihat bahwa fisika modern tidak memerlukan kepatuhan dengan kausalitas pada tingkat kuantum, oleh karena itu ia tidak berada di antara postulat fisika.
Ada eksperimen kuantum di mana panah waktu dapat dibalik. Namun, manusia belum bisa menolak untuk mematuhi kausalitas, karena ini bertentangan dengan logika kita.
Menurut teori relativitas Einstein, transfer informasi secara instan memungkinkan informasi diterima sebelum dikirim. Misalnya, jika kami memutuskan untuk mengirim informasi kepada diri kami sendiri, kami dapat melakukan percobaan sedemikian rupa untuk memperoleh informasi sebelum kami mengirimnya. Asumsikan bahwa kami akan mengirimkan informasi menggunakan pasangan yang rumit. Kemudian satu foton akan melewati interferometer dan sampai ke detektor, dan foton kedua, misalnya, akan pergi ke bulan, di mana ia akan dipantulkan dari cermin dan akan kembali ke kita.
Dengan memasang atau melepas polarizer linier di jalur foton kedua, kita dapat memengaruhi hasilnya pada output interferometer. Jadi, mengamati detektor pada output interferometer, kita akan tahu sebelumnya informasi apa yang kita putuskan untuk dikirim dalam 2,5 detik (waktu penerbangan foton ke bulan dan kembali). Ini dapat mengarah pada "paradoks kakek terbunuh" ketika kita melihat satu makna dan memutuskan untuk mengirim yang sebaliknya.
, . , . , . , .
– . , . , . , . . . , , .
, « ». , . .
, , . . , , (.. ). .
– . , . , , . , . , . .
, . . , « », ( ) . , . , . . (, , , , ) .
, . , , . , . , 70000 . , , -. ,
17 ,
10-20 .
PS , , - .
Sumber:Quantum eraser experiment?