祝大家有美好的一天！
我们继续考虑使用量子纠缠粒子的相关性来传输信息的量子力学的可能性。 与经典通信方法不同，量子纠缠粒子的使用提供了长距离即时传输信息的潜力。 困难在于找到编码和解码所传输信息的方法。 本文致力于找到解决此问题的方法以及创建实验装置的可能性。 如果您也对此任务感兴趣-欢迎加入cat！
让我提醒您，
在上一篇文章中，我们考虑了在两个远程对象之间传输信息的可能方案之一。 特别地，考虑了具有用于获得干扰的分束器的光学方案，以及使用两个下变频器的检测和量子擦除方案。 在评论中，对这种方案的可操作性进行了很多讨论，同时用户方面也批评说，使用降频转换器会导致与原始粒子的相互作用，干扰图案的相移以及其他不愉快的后果。 我没有排除这种可能性，因此，在详细研究之后，我决定排除使用下变频器，而是使用圆形和线性偏振器构建电路。 展望未来，我可以说这种解决方案有其自身的困难，因此，不可能获得任何干扰。 为了解决这些困难，我们将使用由量子力学本身带来的后果而产生的优雅方法。 我非常感谢参加上一篇文章讨论的每个人。 您的论点和批评帮助我更好地理解了所遇到的困难，寻求更多信息并找到了新的解决方案。
首先，考虑一个
真实的实验装置 。 激光束撞击非线性光学设备：β-硼酸钡晶体（BBO），由于该晶体，一个光子被转换为两个纠缠的低频光子。 一种称为自发参数散射的过程。 产生的一对光子遵循不同的路径，其中一条直接进入
检测器1 ，第二条穿过双缝进入
检测器2 。 两个检测器都连接到重合电路，确保仅考虑纠缠的光子对。 步进电机移动第二个检测器并扫描目标区域，创建一个强度图，该强度图形成一种熟悉的干涉图案。
对于通过双狭缝的光子，圆偏振器位于每个狭缝的前面，穿过一个狭缝时顺时针方向产生偏振，穿过另一个狭缝时逆时针方向产生偏振。 顺时针穿过偏振器的光子不能逆时针穿过偏振器。 而且，分别逆时针穿过偏振器的光子不能顺时针穿过偏振器。 圆偏振器“标记”光子，破坏了第二个检测器的干涉图样（
菲涅耳-阿拉戈定律 ）。
接下来，在第一个光子的路径中引入线性偏振器，这使人们可以获得光子的对角偏振。 纠缠还为其伙伴提供了额外的对角极化，该极化穿过双倍间隙。 这改变了圆偏振器的效果-现在每个光子都可以顺时针和逆时针穿过圆偏振器。 因此，不再可能确定光子行进的路径，并且恢复了干涉条纹。
在以下示例中，请更详细地考虑这一点。 想象一下爱丽丝在第一个探测器上使用线性或圆偏振，立即影响鲍勃在第二个探测器上的结果。 假设BBO晶体产生以下状态：
如果Alice将圆偏振器放置在对顺时针极化的光子进行滤波的检测器之前，则每次Alice测量光子时，相应的Bob光子必然具有顺时针极化：
由于鲍勃在每个狭缝附近放置了相对的偏振滤光片，因此我们知道这些光子只能通过（例如）第一个狭缝。 从这个间隙开始，它们根据波动函数落在屏幕上：
其中a是插槽之间的距离，d是从插槽到屏幕的距离，x是到屏幕中间的距离。 屏幕上的光强度（光子数）将与该波幅度的平方成正比，换句话说
同样，当爱丽丝（Alice）以逆时针方向测量偏振光子时，相应的鲍勃（Bob）光子则逆时针偏振，该光子只能通过第二个狭缝并以波动函数到达屏幕
注意，唯一的区别是a / 2号，因为光子是从另一个狭缝发射的。 在屏幕上，我们还将看到一个光斑-但这是另一个光斑，距离
a 。 有一点很重要：如果Bob从来没有发现Alice施加了什么极化，那么Bob实际上会在屏幕上看到两个强度的总和：
因为两者都是由晶体等量产生的。 鲍勃只能在他的数据中区分出两个峰。 只有收到爱丽丝的测量结果后，他才能看到对于爱丽丝顺时针测量极化的那组光子，鲍勃光子的子集是根据
对于爱丽丝逆时针测量极化的一组光子，鲍勃光子的子集根据
（当爱丽丝使用圆偏振器测量光子的偏振时，两个峰及其和）现在考虑爱丽丝将使用线性偏振器而不是圆形偏振器的情况。 首先要做的是根据线性极化状态记下系统的波动函数：
当爱丽丝使用水平偏振器时，鲍勃的光子波函数将处于顺时针和逆时针偏振叠加的状态。 这意味着光子实际上可以穿过两个缝隙！ 当在屏幕上点击时，我们得到波的振幅
及其强度
在哪里
表示屏幕上x位置处两个波动函数之间的相位差。 现在屏幕上确实有干扰图像！ 同样，如果爱丽丝使用垂直偏振器，那么鲍勃的光子波的振幅为
和强度
再次，在屏幕上出现了一个干涉图样，但是由于与水平和垂直偏振器相交的光子的相位差，它与前一个略有不同。
那么，爱丽丝是否可以向鲍勃发送消息，并使用线性和圆偏振器对消息进行编码？ 不幸的是没有。 由于鲍勃没有被告知爱丽丝曾使用过哪种极化，他所看到的只是两个干扰之和。 因此，结果
再次是污点。
（当爱丽丝使用线性偏振器测量光子的偏振时，两个干涉图样及其总和）相关性根据爱丽丝进行的实验而有所不同。 尽管总体图片相同，但两个子集最终产生了根本不同的相关性：如果爱丽丝使用线性偏振，则屏幕上的完整图片由两个干涉图案形成;如果爱丽丝使用圆偏振，则图片是两个峰值的总和。
要检测干扰，您需要按以下方式修改此实验：必须安装Mach Zehnder干涉仪，而不是使用两个带有圆偏振器的插槽。 让我们更详细地考虑该干涉仪的工作原理，并尝试找出使用时的变化。
MACH ZENDER干涉仪在干涉仪的输入端有一个半透明的镜子，它将光束分成两束。 从两个不透明的镜面反射，它们在第二个半透明镜面中聚集在一起。 如果光子是经典粒子，则它可以以50％的概率穿过第一个半透明反射镜，并以50％的概率从中反射出来。
假设一个光子通过第一个半透明反射镜并沿着下分支移动。 在第二个半透明反射镜上，它也可以以50％的概率通过或反射。 也就是说，下部分支的贡献如下：在第二个半透明反射镜之后，初始光子数量的25％将向上移动，而第二个半透明反射镜之后将下降25％。 如果光子在第一个半透明反射镜上反射并沿着上部分支传播，那么在第二个半透明反射镜上，光子既可以通过也可以被反射。 上层分支的贡献也将上升或下降25％。 总概率是两个分支的贡献之和，光子穿过第二个半透明反射镜后向上移动的概率为50％，向下移动则为50％。
如果我们进行真实的实验，我们将看到通过该设备的所有光子将向下移动。 在第二个半透明反射镜之后，没有一个光子会向上移动。 事实是，通过第一个半透明反射镜后，将不会用经典概率来描述光子，而是用量子叠加来描述光子。
我们用带有箭头的基本ket向量表示光子的两个可能方向：向上和向下。 然后最初将通过状态向量“ down”描述光子。 通过第一个半透明反射镜后，光子将处于上下基矢量的叠加状态。 这种叠加是量子位的另一种物理实现，以及电子的自旋和光子的极化。
概率振幅绝对值的平方将是光子通过和反射的经典概率。 在第一个半透明反射镜之后，它们将与经典反射镜重合：光子向上移动50％，向下移动50％。 通过第二个半透明反射镜后，概率振幅将更改其值。 而且，在量子力学的框架下，一个可以计算出其中一个为零，另一个为零。 即，光子将向下返回基本向量所描述的状态。 在通过第二个半透明镜后，光子将以100％的概率向下移动。
在第二个半透明反射镜的输出处，仅观察到光子对其自身的干扰。 如果我们试图找出光子真正通过了干涉仪的哪一部分，那么干扰就消失了。
实验内容让我们尝试在Mach Zehnder干涉仪中放置圆偏振器。 在干涉仪的一个臂上，顺时针安装一个圆偏振器。 在另一个肩膀上，逆时针放置圆偏振片。 而且，在上臂上，在半透明反射镜之后直接安装了圆偏振器。 在下臂上，圆偏振镜安装在反射镜之后。 事实是，从镜子反射的圆偏振光子使偏振方向反向。 因此，对于未从半透明反射镜反射的光子，在从反射镜反射后会建立圆偏振。
干涉仪中偏振器的存在为确定光子通过的路径提供了潜力。 因此，光子将沿上肩膀或下肩膀通过，并且永远不会同时通过两个肩膀。 因此，我们不会在输出端观察到干扰。 没有干扰会导致这样的事实，在输出端，我们得到50％的光子朝上，而50％的光子朝下。
如果我们使用量子纠缠粒子，情况将会改变。 假设激光束撞击非线性光学设备：β-硼酸钡晶体（BBO），由于该晶体，一个光子被转换为两个较低频率的纠缠光子。 产生的一对光子将遵循不同的路径，其中一条穿过偏振器并直接到达
检测器1 ，第二条穿过带有圆偏振器的干涉仪并到达
检测器2或3 。
如果我们在第一个光子的路径中放置一个圆偏振器，我们也不会看到干涉。 因此，在输出处，我们得到50％的光子朝上，而50％的光子朝下。
但是，如果将线性对角线偏振器放置在第一个光子的路径上，则纠缠态将在其伙伴中提供附加的对角线偏振。 附加的线性极化的存在将使光子穿过两个臂并相互干扰。 在这种情况下，干涉将具有相位差（其伙伴穿过线性偏振器而其伙伴没有穿过的光子将在屏幕上产生彼此偏移的干涉）。 尽管如此，在第二个半透明反射镜的出口处的光子将返回到基本向量向下描述的状态。 因此，在穿过第二个半透明镜之后，所有光子将向下移动。
这样的实现方案是方便的，因为它不需要建立纠缠的粒子的重合图案，不需要一个个地发射光子，并且不需要分析每个光子在屏幕上的位置。 通过在纠缠粒子的路径中安装或移除线性偏振器，您可以立即影响其伙伴在探测器2和3之间的分布。足以比较两个探测器中的光通量强度并确定信息的传输位。 自然，在BBO晶体的输出处，并非所有光子都会纠缠在一起。 纠缠对的数量将占总数的百分之几十。 但是检测器甚至可以检测到光强度的微小变化，这将对传输的信息进行解密。 第二个大优点是，纠缠对之间不会处于重叠状态。 当与空气或光缆的相互作用破坏光子的波函数时，这使它们能够与环境相互作用，而不会破坏传输的信息，这与量子隐形传态不同。
相关问题当在长距离上传输信息时，使用这种方案将获得最小的延迟。 信息传递的速度可能大大超过真空中的光速。 有人认为STO / GTR禁止以高于光速的速度传输信息。 庞加莱（Poincare）提出了光速有限性的概念，并从麦克斯韦（Maxwell）的公式中得出。 在这种情况下，最初是电磁场，然后阿尔伯特·日耳曼维奇（Albert Germanovich）的轻巧手将其扩展到所有大块和无块物质。 需要强调的是，没有信息可言，如果您打开任何有关STO / GRT的书，则数学形式主义中不会出现信息。 因此，当他们声称STO / GTR禁止在光速之上传输信息时，隐含的假设是，除了在光子/电子束等上“植入信息”之外，别无其他方法。 不存在。
原因原理即时信息传输的主要问题之一是违反因果关系原则。 但是您会看到，现代物理学不需要在量子水平上遵守因果关系，因此它不在物理学的假设之列。
在量子实验中，时间箭头很可能会反转。 但是，人类尚不能拒绝遵守因果关系，因为这与我们的逻辑相矛盾。
根据爱因斯坦的相对论，信息的瞬时传递允许信息在发送之前就被接收。 例如，如果我们决定向自己发送信息，则可以进行某种实验，以便在发送信息之前先获取信息。 假设我们将使用复杂的对来传输信息。 然后，一个光子将通过干涉仪到达检测器，例如，第二个光子将到达月球，在月球上，它将被镜子反射并返回给我们。
通过在第二个光子的路径中安装或移除线性偏振器，我们可以影响干涉仪输出的结果。 因此，观察干涉仪输出处的检测器，我们将提前知道我们决定在2.5秒内发送哪些信息（光子飞向月球和飞回月球的时间）。 当我们看到一种含义并决定发送相反的含义时，这可能导致“杀死祖父的悖论”。
休·埃弗里特（Hugh Everett）的替代现实理论可以解决这个问题，该理论如今有很多支持者。根据埃弗里特的理论，有无数的替代现实。在每种可能的选择中，我们的现实都分为几个可供选择的现实，在这些现实中，所有可能的选择都得以实现。现实可以相交和分歧，为过去和未来形成许多选择。根据该理论，对两个狭缝的干涉是两个相似现实的交集，而波函数没有任何崩溃。在一个现实中，光子穿过第一间隙，在另一个现实中，光子穿过第二间隙。在两个现实的相交处，事实证明，光子穿过两个狭缝。由于光子的过去对我们来说是不确定的，因此我们无法确切地找到光子穿过的间隙。未来也是如此。发射光子后，我们无法知道它的位置。光子可以位于任何地方，并且在将来的每个版本中，都会实现一个概率，其中精确定义了光子的轨迹。如果休·埃弗里特（Hugh Everett）的理论是正确的，那么我们决定发送相反的价值而不是我们看到的东西，就不会导致“死祖父的悖论”。在这种情况下，我们只会在屏幕上看到两个可能选项的平均值，由此我们将无法确定将来决定发送给自己的信息。我们可以发送任何选项，这不会导致任何问题。实际的实验也许会使我们获得这一理论的实验证实。尽管对该理论已有间接证实。例如，可以在不干扰正在研究的物体的情况下（即，不将单个光子对准该物体）获得微观物体的照片。为了构建新型显微镜，正在积极研究这种现象。熵众所周知，熵是对无序的一种度量。据信时间的流逝导致熵的增加。这意味着过去的熵应该小于未来的熵。如果我们尝试回到过去，这将导致熵增加的问题。实际上，熵与信息的传输完全没有关系，因为我们不会将任何物质传递给过去。因此，热力学系统的熵增加问题不能应用于光子。未来分析多世界解释的理论并不意味着没有办法从未来获得可靠的信息。在确定性系统中使用上述方案将有可能以较高的概率获得可靠的预测。例如，如果我们决定找出明月是否会消失，那么在许多其他情况下（与当前现实有所不同），这种可能性将很小。因此，实验结果将主要表明一个答案。您还可以绕过超级计算机中的大量计算，获得高度可靠的天气预报。在预测领域中的应用可能性非常大。分析的重要任务之一可能是关键决策的预测（例如，敌对行动的爆发，以及可能是对敌人的核打击）及其后果的分析。应该指出的是，在预测未来领域中的实际应用还很遥远。为了获得一天的延迟，您需要将介电镜带到太阳系的边界，并制作出发散角最小的高质量激光。如果使用光束的多次重反射，则需要创建完美反射的介电镜。例如，地球和月球之间的激光束每天必须反射70,000次。也许解决方案将是使用称为Bose-Einstein冷凝物的过冷介质来减慢光速。据我所知，罗兰科学研究所的物理学家设法将光速降低到每秒17米几年后，哈佛大学的一组科学家甚至设法将光完全停了 10 到20毫秒。PS不幸的是，该方案无法正常工作，因为对计算的仔细验证表明，在使用量子纠缠粒子时并未正确考虑相移。资料来源：量子擦除实验干涉量子位与自己现实mnogomirie？