ممحاة الكم ذات الاختيار المؤجل

📅 آخر تحديث: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 5 صور
الموسوعة الحرة

تجربة الممحاة الكمومية ذات الاختيار المؤجل هي تطوير لتجربة الممحاة الكمومية ، وتتضمن مفاهيم تناولتها تجربة جون أرشيبالد ويلر ذات الاختيار المؤجل . صُممت هذه التجربة لدراسة النتائج الفريدة لتجربة الشق المزدوج الشهيرة في ميكانيكا الكم، بالإضافة إلى نتائج التشابك الكمومي .

صُممت تجارب الممحاة الكمومية ذات الاختيار المؤجل لدراسة المفارقة الظاهرية التالية الناجمة عن تجربة الشق المزدوج التقليدية: إذا أمكن، عند رصد فوتون، استنتاج أنه وصل إلى الكاشف باتباع مسار معين، فإن "المنطق السليم" (الذي يشكك فيه ويلر وآخرون) يقول إنه لا بد أنه دخل جهاز الشق المزدوج كجسيم ، بينما إذا تعذر استنتاج مسار الفوتون، فلا بد أنه دخل جهاز الشق المزدوج كموجة . وبناءً على هذا المنطق، فإن تغييرًا تلقائيًا في طريقة الرصد أثناء انتقال الفوتون قد يُجبره على تغيير "التزامه" الأولي بأثر رجعي بإظهار سلوك موجي أو جسيمي. وأشار ويلر إلى أنه إذا تخيلنا إعدادًا تجريبيًا بأبعاد بين النجوم، فإن هذا المنطق يوحي بأن قرارًا يُتخذ في اللحظة الأخيرة على الأرض بشأن كيفية رصد فوتون يمكن أن يُغير تكوينًا فيزيائيًا تم إنشاؤه قبل ملايين أو حتى مليارات السنين. [ 1 ] : 193 [ 2 ]

رغم أن تجارب الاختيار المؤجل قد تبدو وكأنها تسمح للقرارات (حول كيفية إجراء القياسات) بتغيير أحداث وقعت بالفعل وقت اتخاذها، إلا أن هذا الاستنتاج لا يمكن التوصل إليه إلا من خلال تبني تفسير غير تقليدي لميكانيكا الكم . فبحسب التفسير التقليدي، يُعتبر الفوتون أثناء انتقاله في حالة تراكب لحالات، لا يُرصد منها في القياس إلا حالة واحدة. [ 3 ] [ 4 ]

مقدمة

في تجربة الشق المزدوج الأساسية، يُوجَّه شعاع ضوئي متماسك (غالبًا ما يكون ليزرًا ) نحو شقين رأسيين ضيقين (متوازيين) في حاجز صلب. إذا وُضِعَت شاشة كشف على مسافة كافية من الحاجز على الجانب الآخر، يُلاحَظ نمط تداخل من أهداب متناوبة من الضوء والظلام. وقد وُجِدَ أن جسيمات أخرى على المستوى الذري، مثل الإلكترونات ، تُظهر السلوك نفسه عند إطلاقها نحو الشق المزدوج. [ 5 ] بتقليل سطوع المصدر بدرجة كافية، يُمكن الكشف عن الجسيمات الفردية التي تُشكِّل نمط التداخل. [ 6 ] يُشير ظهور نمط التداخل إلى أن كل جسيم يمر عبر الشقين يتداخل مع نفسه، وبالتالي، بمعنى ما، تمر الجسيمات عبر كلا الشقين في آن واحد. [ 7 ] : 110 هذه فكرة تُناقض تجربتنا اليومية للأجسام المنفصلة.

أثبتت تجربة فكرية شهيرة ، لعبت دورًا محوريًا في تاريخ ميكانيكا الكم (انظر، على سبيل المثال، مناقشة نسخة أينشتاين من هذه التجربة )، أنه إذا وُضعت كواشف الجسيمات عند الشقوق، لتُظهر أي شق يمر منه الفوتون، فإن نمط التداخل سيختفي. [ 5 ] تُوضح هذه التجربة مبدأ التكامل ، الذي ينص على أن الفوتونات يمكن أن تتصرف كجسيمات أو كموجات، ولكن لا يمكن رصدها في الوقت نفسه كجسيم وموجة في آن واحد. [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] حالت التحديات التقنية لهذه التجربة الفكرية دون تنفيذها قبل سبعينيات القرن العشرين؛ [ 11 ] ويمكن الآن إجراء تجارب مماثلة في مختبرات الفيزياء الجامعية. [ 12 ]

تُعدّ معلومات مسار الفوتون ووضوح أهداب التداخل كميتين متكاملتين، بمعنى أنه يمكن رصد معلومات مسار الفوتون، أو رصد أهداب التداخل، لكن لا يمكن رصد كليهما في التجربة نفسها. في تجربة الشق المزدوج، كان الاعتقاد السائد أن رصد مسار الجسيمات يُحدث اضطرابًا فيها حتمًا يكفي لتدمير نمط التداخل، وذلك وفقًا لمبدأ هايزنبرغ للشك .

في عام ١٩٨٢، أشار سكولي ودروهل إلى حل بديل لهذا التفسير. [ ١٣ ] اقترحا حفظ معلومات الشق الذي مرّ منه الفوتون - أو، في تجربتهما، من أي ذرة أُعيد انبعاث الفوتون - في الحالة المثارة لتلك الذرة. عند هذه النقطة، تكون معلومات المسار معروفة ولا يُلاحظ أي تداخل. مع ذلك، يمكن "محو" هذه المعلومات بجعل الذرة تُصدر فوتونًا آخر وتعود إلى حالتها الأرضية. هذا وحده لن يُعيد نمط التداخل، إذ لا يزال من الممكن استخلاص معلومات المسار من قياس مناسب للفوتون الثاني. ولكن، إذا تم قياس الفوتون الثاني في مكان يُمكن أن يصل إليه باحتمالية متساوية من أي من الذرات، فإن ذلك "يمحو" معلومات المسار بنجاح. سيُظهر الفوتون الأصلي الآن نمط التداخل (يعتمد موضع أهدابه على المكان الذي رُصد فيه الفوتون الثاني بالضبط، بحيث تتلاشى في الإحصائيات الكلية ولا تُرى أي أهداب). منذ عام 1982، أثبتت تجارب متعددة صحة ما يُسمى بـ"الممحاة" الكمومية. [ 14 ] [ 15 ] [ 16 ] وفي عام 2000، أُجريت تجربة مشابهة لمفهوم سكولي ودروهل. [ 17 ] [ 18 ]

تجربة بسيطة للمحو الكمي

يمكن وصف نسخة مبسطة من الممحاة الكمومية على النحو التالي: بدلاً من تقسيم فوتون واحد أو موجة احتماله بين شقين، يُعرَّض الفوتون لمقسم شعاع . إذا تخيلنا الأمر على أنه سيل من الفوتونات يُوجَّه عشوائيًا بواسطة مقسم الشعاع هذا ليسلك مسارين منفصلين، فسيبدو أنه لا يمكن لأي فوتون حينها أن يتداخل مع أي فوتون آخر أو مع نفسه.

إذا انخفض معدل إنتاج الفوتونات بحيث يدخل فوتون واحد فقط إلى الجهاز في أي لحظة، يصبح من المستحيل فهم الفوتون على أنه يتحرك عبر مسار واحد فقط، لأنه عندما يُعاد توجيه مخرجات المسار بحيث تتطابق على كاشف مشترك أو كواشف مشتركة، تظهر ظواهر التداخل. وهذا يشبه تصور فوتون واحد في جهاز ذي شقين: فرغم أنه فوتون واحد، إلا أنه يتفاعل بطريقة ما مع كلا الشقين.

الشكل 1. تجربة توضح تحديد مسار الفوتون المتأخر

في الرسمين التوضيحيين في الشكل 1، تنبعث الفوتونات فرادى من ليزر مُرمز له بنجمة صفراء. تمر هذه الفوتونات عبر مُقسِّم شعاع بنسبة 50% (المربع الأخضر) الذي يعكس أو ينقل نصف الفوتونات. تسلك الفوتونات المنعكسة أو المنقولة مسارين محتملين مُوضحين بالخطين الأحمر والأزرق.

في الرسم التوضيحي العلوي، يبدو أن مسارات الفوتونات معروفة: إذا خرج فوتون من أعلى الجهاز، فمن المفترض أنه سلك المسار الأزرق، وإذا خرج من جانبه، فمن المفترض أنه سلك المسار الأحمر. مع ذلك، من المهم تذكر أن الفوتون يكون في حالة تراكب بين المسارين حتى يتم رصده. والافتراض السابق - بأنه "لا بد أنه سلك" أحد المسارين - هو شكل من أشكال "مغالطة الفصل".

في الرسم التوضيحي السفلي، تم إدخال مُقسِّم شعاع ثانٍ في أعلى اليمين. يقوم هذا المُقسِّم بإعادة تجميع الحزمتين الضوئيتين المُقابلتين للمسارين الأحمر والأزرق. عند إدخال مُقسِّم الشعاع الثاني، يُفترض عادةً أن معلومات المسار قد "مُحيت". مع ذلك، يجب توخي الحذر، لأنه لا يُمكن افتراض أن الفوتون قد سلك "فعلاً" أحد المسارين. ينتج عن إعادة تجميع الحزمتين ظواهر تداخل على شاشات الكشف الموجودة خلف كل منفذ خروج مباشرةً. ما يظهر على الجانب الأيمن يُشير إلى تعزيز التداخل، وما يظهر في الأعلى يُشير إلى إلغائه. من المهم أن نتذكر أن تأثيرات مقياس التداخل الموضحة تنطبق فقط على فوتون واحد في حالة نقية. عند التعامل مع زوج من الفوتونات المتشابكة، سيكون الفوتون الذي يصطدم بمقياس التداخل في حالة مختلطة، ولن يكون هناك نمط تداخل مرئي دون استخدام عدّ التزامن لاختيار مجموعات فرعية مناسبة من البيانات. [ 19 ]

الاختيار المؤجل

تُفسَّر التجارب الأولية التي سبقت تجارب الممحاة الكمومية الحالية، مثل "الممحاة الكمومية البسيطة" الموصوفة أعلاه، تفسيراتٍ كلاسيكيةً واضحةً. بل يمكن القول إنه لا يوجد شيء كموميٌّ بشكلٍ خاص في هذه التجربة. [ 20 ] ومع ذلك، فقد جادل جوردان، استنادًا إلى مبدأ التوافق ، بأنه على الرغم من وجود تفسيرات كلاسيكية، يمكن تفسير تجارب التداخل من الدرجة الأولى، مثل التجربة المذكورة أعلاه، على أنها ممحاة كمومية حقيقية. [ 21 ]

تستخدم هذه النماذج الأولية تداخل الفوتون الواحد. إلا أن نسخ الممحاة الكمومية التي تستخدم الفوتونات المتشابكة هي في جوهرها غير كلاسيكية. ولذلك، ولتجنب أي لبس محتمل بشأن التفسير الكمومي مقابل التفسير الكلاسيكي، اختار معظم الباحثين استخدام مصادر ضوئية غير كلاسيكية للفوتونات المتشابكة لإثبات وجود ممحاة كمومية لا نظير لها في التفسير الكلاسيكي.

علاوة على ذلك، فإن استخدام الفوتونات المتشابكة يتيح تصميم وتنفيذ نسخ من الممحاة الكمومية التي يستحيل تحقيقها باستخدام تداخل الفوتون الواحد، مثل الممحاة الكمومية ذات الاختيار المتأخر ، وهو موضوع هذه المقالة.

تجربة كيم وآخرون (1999)

الشكل 2. إعداد تجربة الممحاة الكمومية ذات الاختيار المؤجل لكيم وآخرون. الكاشف D0 قابل للتحريك

تم توضيح الإعداد التجريبي، الموصوف بالتفصيل في Kim et al. ، [ 17 ] في الشكل 2. يقوم ليزر الأرجون بتوليد  فوتونات فردية بطول 351.1 نانومتر تمر عبر جهاز الشق المزدوج (الخط الأسود العمودي في الزاوية العلوية اليسرى من الرسم التخطيطي).

يمر فوتون واحد عبر أحد الشقين (أو كليهما). في الرسم التوضيحي، تم ترميز مسارات الفوتون بالألوان، حيث يمثل اللون الأحمر أو الأزرق الفاتح الشق الذي مر منه الفوتون (يشير اللون الأحمر إلى الشق أ، ويشير اللون الأزرق الفاتح إلى الشق ب).

حتى الآن، تشبه التجربة تجربة الشقين التقليدية. مع ذلك، بعد الشقين، يُستخدم التحويل البارامتري التلقائي (SPDC) لتحضير حالة فوتونين متشابكين. يتم ذلك بواسطة بلورة بصرية غير خطية من نوع BBO ( بورات الباريوم بيتا ) التي تحول الفوتون (من أي من الشقين) إلى فوتونين متطابقين متشابكين ومستقطبين بشكل متعامد بتردد يساوي نصف تردد الفوتون الأصلي. يؤدي موشور غلان-تومسون إلى تباعد مسارات هذين الفوتونين المستقطبين بشكل متعامد .

أحد هذه الفوتونات ذات الطول الموجي 702.2 نانومتر  ، والذي يُشار إليه بفوتون "الإشارة" (انظر إلى الخطين الأحمر والأزرق الفاتح المتجهين للأعلى من موشور غلان-تومسون)، ينتقل إلى كاشف الهدف المسمى D0 . خلال التجربة، يُمسح الكاشف D0 على طول محوره السيني ، وتُتحكم حركته بواسطة محرك خطوي. يمكن فحص رسم بياني لعدد فوتونات "الإشارة" التي رصدها D0 مقابل المحور السيني لمعرفة ما إذا كانت الإشارة التراكمية تُشكل نمط تداخل .

أما الفوتون المتشابك الآخر، والذي يشار إليه باسم الفوتون "الخامل" (انظر إلى الخطوط الحمراء والزرقاء الفاتحة المتجهة لأسفل من موشور جلان-تومسون)، فيتم صده بواسطة الموشور PS الذي يرسله على طول مسارات متباعدة اعتمادًا على ما إذا كان قد جاء من الشق A أو الشق B.

بعد نقطة تفرع المسار بقليل، تصطدم الفوتونات الخاملة بمقسمات الحزمة BS a و BS b و BS c ، ولكل منها احتمال 50% للسماح للفوتون الخامل بالمرور واحتمال 50% لانعكاسه. M a و M b عبارة عن مرايا.

الشكل 3. المحور السيني : موضع D0 . المحور الصادي : معدلات الكشف المشترك بين D0 و D1 ، D2 ، D3 ، D4 ( R01 ، R02 ، R03 ، R04 ) . لم يُذكر R04 في مقالة كيم ، وإنما تم توفيره وفقًا لوصفهم اللفظي .
الشكل 4. تسجيلات محاكاة للفوتونات التي تم اكتشافها بشكل مشترك بين D 0 و D 1 و D 2 و D 3 و D 4 ( R 01 و R 02 و R 03 و R 04 )

تقوم مقسمات الحزمة والمرايا بتوجيه الفوتونات الخاملة نحو الكواشف التي تحمل العلامات D1 و D2 و D3 و D4 . لاحظ ما يلي :

  • إذا تم تسجيل فوتون خامل عند الكاشف D 3 ، فلا يمكن أن يكون قد جاء من الشق B.
  • إذا تم تسجيل فوتون خامل عند الكاشف D 4 ، فلا يمكن أن يكون قد جاء من الشق A.
  • إذا تم اكتشاف فوتون خامل في الكاشف D 1 أو D 2 ، فقد يكون قد جاء من الشق A أو الشق B.
  • يبلغ طول المسار البصري المقاس من الشق إلى النقاط D1 و D2 و D3 و D4 مسافة أطول بمقدار 2.5 متر من طول المسار البصري من الشق إلى النقطة D0 . وهذا يعني أن أي معلومة يمكن الحصول عليها من فوتون خامل يجب أن تتأخر حوالي 8 نانوثانية عن المعلومة التي يمكن الحصول عليها من فوتون الإشارة المتشابك معه.  

يُوفّر الكشف عن الفوتون الخامل بواسطة D3 أو D4 معلوماتٍ مُؤجّلة حول مسار مرور الفوتون، تُشير إلى ما إذا كان فوتون الإشارة المُتشابك معه قد مرّ عبر الشق A أو B. في المقابل، يُوفّر الكشف عن الفوتون الخامل بواسطة D1 أو D2 مؤشرًا مُؤجّلًا على عدم توفّر هذه المعلومات لفوتون الإشارة المُتشابك معه. وبما أن معلومات مسار مرور الفوتون الخامل كانت مُتاحة مُسبقًا، يُقال إن هذه المعلومات قد خضعت لعملية "محو مُؤجّل".

باستخدام عداد التزامن ، تمكن الباحثون من عزل الإشارة المتشابكة عن الضوضاء الضوئية، مسجلين فقط الأحداث التي تم فيها رصد كل من فوتونات الإشارة والفوتونات الخاملة (بعد تعويض  التأخير البالغ 8 نانوثانية). انظر الشكلين  3 و  4.

  • عندما نظر المجربون إلى فوتونات الإشارة التي تم الكشف عن جزيئاتها الخاملة المتشابكة عند D 1 أو D 2 ، اكتشفوا أنماط التداخل.
  • ومع ذلك، عندما نظروا إلى فوتونات الإشارة التي تم الكشف عن خموليها المتشابكة عند D 3 أو D 4 ، اكتشفوا أنماط حيود بسيطة بدون تداخل.

دلالة

تتشابه هذه النتيجة مع نتيجة تجربة الشق المزدوج، حيث يُلاحظ التداخل عند استخلاص الفوتون وفقًا لقيمة الطور (R 01 أو R 02 ). تجدر الإشارة إلى أنه لا يمكن قياس الطور إذا كان مسار الفوتون (الشق الذي يمر من خلاله) معروفًا.

الشكل 5. يمكن مقارنة توزيع فوتونات الإشارة عند D0 بتوزيع المصابيح على لوحة الإعلانات الرقمية . عندما تكون جميع المصابيح مضاءة، لا تُظهر اللوحة أي نمط للصورة، ولا يمكن "استعادتها" إلا بإطفاء بعض المصابيح. وبالمثل، لا يمكن استعادة نمط التداخل أو عدم التداخل بين فوتونات الإشارة عند D0 إلا بعد "إطفاء" (أو تجاهل) بعض فوتونات الإشارة . ولا يمكن الحصول على معلومات حول فوتونات الإشارة التي يجب تجاهلها لاستعادة النمط إلا من خلال النظر إلى فوتونات التباطؤ المتشابكة المقابلة في الكواشف من D1 إلى D4 .

ومع ذلك، فإن ما يجعل هذه التجربة مذهلة هو أنه على عكس تجربة الشق المزدوج الكلاسيكية، لم يتم اتخاذ قرار بشأن ما إذا كان سيتم الحفاظ على معلومات المسار أو محوها للفوتون الخامل إلا بعد 8 نانوثانية من  قياس موضع فوتون الإشارة بواسطة D 0 .

لا يُوفر الكشف عن فوتونات الإشارة عند النقطة D0 أي معلومات مباشرة حول مسارها. أما الكشف عن فوتونات الإشارة عند النقطتين D3 أو D4 ، واللتين تُوفران معلومات حول مسارها، فيعني عدم إمكانية رصد أي نمط تداخل في مجموعة فوتونات الإشارة المكتشفة معًا عند النقطة D0 . وبالمثل، فإن الكشف عن فوتونات الإشارة عند النقطتين D1 أو D2 ، واللتين لا تُوفران معلومات حول مسارها، يعني إمكانية رصد أنماط تداخل في مجموعة فوتونات الإشارة المكتشفة معًا عند النقطة D0 .

بمعنى آخر، على الرغم من أن الفوتون الخامل لا يُلاحظ إلا بعد فترة طويلة من وصول فوتون الإشارة المتشابك معه إلى D 0 بسبب المسار البصري الأقصر للأخير، فإن التداخل عند D 0 يتحدد بما إذا كان فوتون الإشارة الخامل المتشابك قد تم اكتشافه في كاشف يحافظ على معلومات المسار ( D 3 أو D 4 )، أو في كاشف يمحو معلومات المسار ( D 1 أو D 2 ).

فسّر البعض هذه النتيجة على أنها تعني أن الاختيار المتأخر لمراقبة مسار الفوتون الخامل أو عدم مراقبته يُغيّر نتيجة حدثٍ وقع في الماضي. [ 22 ] تجدر الإشارة بشكل خاص إلى أنه لا يمكن استخلاص نمط التداخل للمراقبة إلا بعد اكتشاف الفوتونات الخاملة (أي عند D1 أو D2 ) .

لن يُظهر النمط الكلي لجميع فوتونات الإشارة عند D0 ، والتي انتقلت فوتوناتها الخاملة المتشابكة إلى عدة كواشف مختلفة ، أي تداخل بغض النظر عما يحدث لفوتونات الخاملة. [ 23 ] يمكن فهم آلية عمل ذلك من خلال النظر إلى رسوم R01 و R02 و R03 و R04 ، وملاحظة أن قمم R01 تتطابق مع قيعان R02 (أي يوجد فرق طور π بين هدب التداخل). يُظهر R03 قيمة عظمى واحدة، وسيُظهر R04 ، المطابق تجريبيًا لـ R03 ، نتائج مماثلة. تم محاكاة الفوتونات المتشابكة، بعد ترشيحها باستخدام عداد التزامن، في الشكل 5 لإعطاء انطباع مرئي عن الأدلة المتاحة من التجربة. في D0 ، لن يُظهر مجموع جميع العدّات المترابطة أي تداخل . إذا تم رسم جميع الفوتونات التي تصل إلى D 0 على رسم بياني واحد، فلن يرى المرء سوى شريط مركزي ساطع. 

تداعيات

السببية العكسية

تثير تجارب الاختيار المؤجل تساؤلات حول العلاقات السببية بين الأحداث. [ 24 ] إذا كانت الأحداث في D1 و D2 و D3 و D4 تحدد النتائج في D0 ، فقد تبدو التأثيرات وكأنها تسبق أسبابها زمنيًا.

الإجماع: لا يوجد سببية عكسية

مع ذلك، لا يمكن رؤية نمط التداخل إلا بأثر رجعي بعد اكتشاف الفوتونات الخاملة واستخدام معلومات الاكتشاف لاختيار مجموعات فرعية من فوتونات الإشارة. [ 25 ] : 197

علاوة على ذلك، لوحظ أن التأثير الرجعي الظاهري يتلاشى عند النظر في تأثيرات الملاحظات على حالة الفوتونات المتشابكة للإشارة والفوتونات الخاملة وفقًا لترتيبها التاريخي. تحديدًا، في حالة حدوث الكشف/حذف معلومات المسار قبل الكشف على D0 ، فإن التفسير المبسط القياسي يقول: "يحدد الكاشف Di ، الذي يُكشف عنده الفوتون الخامل، توزيع الاحتمالية عند D0 لفوتون الإشارة". وبالمثل، في حالة كون D0 يسبق الكشف عن الفوتون الخامل ، فإن الوصف التالي دقيق بنفس القدر : " يحدد موضع فوتون الإشارة المكتشف عند D0 احتمالات اصطدام الفوتون الخامل بأحد D1 أو D2 أو D3 أو D4 " . هذه مجرد طرق متكافئة لصياغة ارتباطات المتغيرات القابلة للملاحظة للفوتونات المتشابكة بطريقة سببية بديهية، لذلك يمكن للمرء أن يختار أيًا منها (على وجه الخصوص، تلك التي يسبق فيها السبب النتيجة ولا يظهر أي فعل رجعي في التفسير).

لا يُظهر النمط الكلي لفوتونات الإشارة عند الكاشف الأساسي أي تداخل (انظر الشكل 5)، لذا لا يمكن استنتاج ما سيحدث لفوتونات التباطؤ بمجرد مراقبة فوتونات الإشارة . في ورقة بحثية ليوهانس فانكهاوزر، يُبين أن تجربة الممحاة الكمومية ذات الاختيار المؤجل تُشبه سيناريو بيل، حيث يكون حل المفارقة بسيطًا للغاية، وبالتالي لا يوجد أي غموض. علاوة على ذلك، تُقدم الورقة وصفًا تفصيليًا للتجربة في إطار دي برولي-بوم مع مسارات محددة، وصولًا إلى استنتاج مفاده عدم وجود "تأثير عكسي زمني". [ 26 ] لا تنقل الممحاة الكمومية ذات الاختيار المؤجل المعلومات بطريقة سببية عكسية، لأنها تتطلب إشارة أخرى، يجب أن تصل عبر عملية لا تتجاوز سرعة الضوء، لفرز البيانات المتراكبة في فوتونات الإشارة إلى أربعة تيارات تعكس حالات فوتونات التباطؤ عند شاشات الكشف الأربعة المتميزة. [ 27 ] : 198 [ 17 ]

تُبيّن نظريةٌ أثبتها فيليب إيبرهارد أنه إذا كانت المعادلات المقبولة لنظرية الحقل الكمومي النسبية صحيحة، فإن الاتصالات الأسرع من الضوء مستحيلة. [ 28 ] (انظر المرجع [ 29 ] لمعالجة تُركّز على دور الاحتمالات الشرطية).

تجارب أخرى على ممحاة الكم ذات الاختيار المؤجل

أفاد سكارسيلي وآخرون (2007) عن تجربة ممحاة كمومية ذات اختيار مؤجل تعتمد على مخطط تصوير ثنائي الفوتون. بعد رصد فوتون يمر عبر شق مزدوج، يتم اختيار عشوائي مؤجل إما لمحو معلومات المسار أو عدم محوها عن طريق قياس نظيره المتشابك البعيد؛ ثم يتم تسجيل السلوك الجسيمي والموجي للفوتون في آن واحد وعلى التوالي بواسطة مجموعة واحدة فقط من الكواشف المشتركة. [ 30 ]

أفاد بيروزو وآخرون (2012) عن تجربة اختيار مؤجل كمومي تعتمد على مقسم شعاع يتم التحكم فيه كموميًا، حيث تم فيها دراسة سلوك الجسيمات والموجات في آن واحد. تم اختبار الطبيعة الكمومية لسلوك الفوتون باستخدام متباينة بيل، التي حلت محل الاختيار المؤجل للمراقب. [ 31 ]

قام رضائي وآخرون (2018) بدمج تداخل هونغ-أو-ماندل مع ممحاة كمومية ذات اختيار مؤجل. حيث قاموا بتسليط فوتونين غير متوافقين على مقسم شعاع، بحيث لا يمكن ملاحظة أي نمط تداخل. عند مراقبة منافذ الإخراج بشكل متكامل (أي عدّ جميع النقرات)، لا يحدث أي تداخل. فقط عند تحليل استقطاب الفوتونات الخارجة واختيار المجموعة الفرعية الصحيحة، يحدث تداخل كمومي على شكل انخفاض هونغ-أو-ماندل . [ 32 ]

أدى بناء مقاييس التداخل الإلكترونية من نوع ماخ-زيندر (MZI) ذات الحالة الصلبة إلى مقترحات لاستخدامها في نسخ إلكترونية من تجارب الممحاة الكمومية. ويمكن تحقيق ذلك عن طريق اقتران كولوم مع مقياس تداخل إلكتروني ثانٍ من نوع ماخ-زيندر يعمل ككاشف. [ 33 ]

كما تم فحص أزواج الكاونات المحايدة المتشابكة ووجد أنها مناسبة للتحقيقات باستخدام تقنيات الوسم الكمومي والمحو الكمومي. [ 34 ]

تم اقتراح ممحاة كمومية باستخدام إعداد شتيرن-غيرلاخ معدل . في هذا الاقتراح، لا حاجة إلى العد المتزامن، ويتم تحقيق الممحاة الكمومية بتطبيق مجال مغناطيسي إضافي من شتيرن-غيرلاخ. [ 35 ]

ملحوظات

مراجع

  1. ↑ جيه إيه ويلر، نظرية الكم والقياس، مطبعة جامعة برينستون، ص 192-213
  2. ↑ ما، شياو سونغ؛ كوفلر، يوهانس؛ زيلينغر، أنطون (2016-03-03). "تجارب فكرية للاختيار المؤجل وتطبيقاتها" . مراجعات الفيزياء الحديثة . 88 (1) 015005. arXiv : 1407.2930 . Bibcode : 2016RvMP...88a5005M . doi : 10.1103/RevModPhys.88.015005 . ISSN 0034-6861 . S2CID 34901303 .  
  3. ^ ما ، شياو سونغ. كوفلر، يوهانس. قري، انجي؛ تيتيك، نوراي؛ شيدل، توماس. أورسين، روبرت؛ راميلو، سفين. هيربست، توماس. راتشباخر، لوثار؛ فيدريزي، أليساندرو؛ جينيوين، توماس. زيلينجر، أنطون (2013). "المحو الكمي مع الاختيار المنفصل سببيًا" . وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم . 110 (4): 1221– 1226. أرخايف : 1206.6578 . بيب كود : 2013PNAS..110.1221M . دوى : 10.1073/pnas.1213201110 . بمك 3557028 . بميد 23288900 . تُظهر نتائجنا أن وجهة النظر القائلة بأن الفوتون في النظام يتصرف إما كموجة أو كجسيم بشكل قاطع، تتطلب اتصالاً أسرع من الضوء. ولأن هذا يتعارض بشدة مع النظرية النسبية الخاصة، نعتقد أنه ينبغي التخلي عن هذه الوجهة تمامًا.  
  4. ↑ بيروزو، أ.؛ شادبولت، ب.؛ برونر، ن.؛ بوبيسكو، س.؛ أوبراين، ج. ل. (2012). "تجربة اختيار مؤجل كمي". مجلة ساينس . 338 (6107): 634-637 . arXiv : 1205.4926 . Bibcode : 2012Sci...338..634P . doi : 10.1126/science.1226719 . PMID: 23118183. S2CID : 3725159 .  تستخدم هذه التجربة متباينات بيل لاستبدال أجهزة الاختيار المؤجل، لكنها تحقق نفس الغرض التجريبي بطريقة أنيقة ومقنعة.
  5. 1 2 فاينمان، ريتشارد ب.؛ روبرت ب. لايتون؛ ماثيو ساندز (1965). محاضرات فاينمان في الفيزياء، المجلد 3. الولايات المتحدة: أديسون-ويسلي. الصفحات 1.1 – 1.8 . ISBN  978-0-201-02118-9.
  6. ↑ دوناتي، أو؛ ميسيرولي، جي إف؛ بوزي، جي (1973). "تجربة على تداخل الإلكترونات". المجلة الأمريكية للفيزياء . 41 (5): 639-644 . Bibcode : 1973AmJPh..41..639D . doi : 10.1119/1.1987321 .
  7. ↑ غرين، برايان (2003). الكون الأنيق . دار راندوم هاوس للنشر. رقم ISBN 978-0-375-70811-4.
  8. ↑ هاريسون، ديفيد (2002). "التكاملية وتفسير كوبنهاغن لميكانيكا الكم" . مجلة أبسكيل . قسم الفيزياء، جامعة تورنتو . تاريخ الاسترجاع: 21 يونيو 2008 .
  9. ↑ كاسيدي، ديفيد (2008). "ميكانيكا الكم 1925-1927: انتصار تفسير كوبنهاغن" . فيرنر هايزنبرغ . المعهد الأمريكي للفيزياء. مؤرشف من الأصل في 14 يناير 2016. تم الاطلاع عليه في 21 يونيو 2008 .
  10. ↑ بوسكا دياز-بينتادو، ماريا سي. (29-31 مارس 2007). "تحديث ازدواجية الموجة والجسيم" . الاجتماع الخامس عشر للمملكة المتحدة وأوروبا حول أسس الفيزياء . ليدز، المملكة المتحدة . تاريخ الاسترجاع: 21 يونيو 2008 .
  11. ↑ بارتيل، ل. (1980). "التكامل في تجربة الشق المزدوج: حول أنظمة بسيطة قابلة للتنفيذ لرصد سلوك الموجة الجسيمية الوسيطة". مجلة Physical Review D. 21 ( 6): 1698-1699 . Bibcode : 1980PhRvD..21.1698B . doi : 10.1103/PhysRevD.21.1698 .
  12. ↑ شنايدر، مارك ب.؛ لابوما، إنديرا أ. (1 مارس 2002). "تجربة بسيطة لمناقشة التداخل الكمومي وقياس الاتجاه" . المجلة الأمريكية للفيزياء . 70 (3): 266-271 . doi : 10.1119/1.1450558 . ISSN 0002-9505 . 
  13. ↑ سكولي، مارلان أو .؛ ​​كاي درول (1982). "الممحاة الكمومية: تجربة مقترحة لارتباط الفوتونات تتعلق بالملاحظة و"الاختيار المؤجل" في ميكانيكا الكم". مجلة Physical Review A. 25 ( 4): 2208-2213 . Bibcode : 1982PhRvA..25.2208S . doi : 10.1103/PhysRevA.25.2208 .
  14. ↑ زايونك، أ.ج.؛ وانغ، ل.ج.؛ زو، ش.ي.؛ ماندل، ل. (1991). "الممحاة الكمومية". مجلة نيتشر . 353 (6344): 507-508 . رمز Bibcode : 1991Natur.353..507Z . doi : 10.1038/353507b0 . S2CID 4265543 . 
  15. ↑ هيرتسوغ، تي جيه؛ كويات، بي جي ؛ واينفورتر، إتش؛ زيلينغر، إيه. (1995). "التكاملية والممحاة الكمومية" (ملف PDF) . رسائل المراجعة الفيزيائية . 75 (17): 3034-3037 . رمز Bibcode : 1995PhRvL..75.3034H . doi : 10.1103/PhysRevLett.75.3034 . PMID 10059478. مؤرشف من الأصل (ملف PDF) في 24 ديسمبر 2013. تم الاسترجاع في 13 فبراير 2014 . 
  16. ↑ والبورن، إس بي؛ وآخرون (2002). "ممحاة الكم ذات الشق المزدوج". مجلة الفيزياء أ . 65 (3) 033818. arXiv : quant-ph/0106078 . Bibcode : 2002PhRvA..65c3818W . doi : 10.1103/PhysRevA.65.033818 . S2CID 55122015 .  
  17. 1 2 3 كيم، يون-هو؛ ر. يو؛ إس. بي. كوليك؛ واي. إتش. شيه؛ مارلان سكولي (2000). "ممحاة كمومية "اختيارية" مؤجلة". رسائل المراجعة الفيزيائية . 84 (1): 1-5 . arXiv : quant-ph/9903047 . Bibcode : 2000PhRvL..84....1K . doi : 10.1103/PhysRevLett.84.1 . PMID 11015820. S2CID 5099293 .  
  18. ↑ أهارونوف، ياكير؛ زبيري، م. سهيل (11 فبراير 2005). "الزمن والكم: محو الماضي والتأثير على المستقبل" . مجلة ساينس . 307 (5711): 875-879 . Bibcode : 2005Sci...307..875A . doi : 10.1126/science.1107787 . ISSN 0036-8075 . PMID 15705840 .  
  19. ^ جاك، فنسنت. وو، إي؛ جروشانز، فريديريك؛ تريوسارت، فرانسوا؛ جرانجري، فيليب؛ الجانب، آلان. روشل ، جان فرانسوا (2007). “الإدراك التجريبي لتجربة ويلر ذات الاختيار المتأخر لجيدانكن”. علوم . 315 (5814): 966–968 . أرخايف : quant-ph/0610241 . بيب كود : 2007Sci...315..966J . دوى : 10.1126/science.1136303 . بميد 17303748 . S2CID 6086068 .  
  20. ↑ تشياو، ر.ي.؛ كويات، ب.ج.؛ شتاينبرغ، أ.م. (1995). "اللا-محلية الكمومية في تجارب الفوتونين في بيركلي". البصريات الكمومية وشبه الكلاسيكية: مجلة الجمعية البصرية الأوروبية، الجزء ب . 7 (3): 259-278 . arXiv : quant-ph/9501016 . Bibcode : 1995QuSOp...7..259C . doi : 10.1088/1355-5111/7/3/006 . S2CID 118987962 . 
  21. ↑ جوردان، تي إف (1993). "اختفاء وظهور التداخل الكمومي العياني". مجلة Physical Review A. 48 ( 3): 2449–2450 . Bibcode : 1993PhRvA..48.2449J . doi : 10.1103/PhysRevA.48.2449 . PMID 9909872 . 
  22. ↑ إيونيسيويو، ر.؛ تيرنو، د. ر. (2011). "اقتراح لتجربة اختيار مؤجل كمومي". مجلة Physical Review Letters، 107 ( 23)، 230406. arXiv : 1103.0117 . Bibcode : 2011PhRvL.107w0406I . doi : 10.1103/physrevlett.107.230406 . PMID: 22182073. S2CID : 44297197 .  
  23. ↑ غرين ، برايان (2004). نسيج الكون: المكان والزمان وبنية الواقع . ألفريد أ. كنوبف. ص 198. ISBN  978-0-375-41288-2.
  24. ↑ فاي، جان (2024). زالتا، إدوارد ن.؛ نودلمان، أوري (محرران). "السببية العكسية" . مختبر أبحاث الميتافيزيقا، جامعة ستانفورد . تم الاسترجاع في 6 أبريل 2025 .
  25. ↑ غرين، برايان (2004). نسيج الكون . ألفريد أ. كنوبف. ISBN 978-0-375-41288-2.
  26. ^ فانكهاوزر ، يوهانس (2019). “ترويض ممحاة الاختيار المؤجلة”. كوانتا . 8 : 44 – 56. أرخايف : 1707.07884 . دوى : 10.12743/quanta.v8i1.88 . S2CID 53574007 . 
  27. ↑ غرين، برايان (2005). نسيج الكون: المكان والزمان وبنية الواقع . نيويورك: دار فينتج للنشر. ISBN 978-0-375-72720-7.
  28. ↑ إيبرهارد، فيليب هـ.؛ رونالد ر. روس (1989). "لا يمكن لنظرية الحقل الكمومي توفير اتصال أسرع من الضوء" (ملف PDF) . رسائل أسس الفيزياء . 2 (2): 127-149 . Bibcode : 1989FoPhL...2..127E . doi : 10.1007/BF00696109 . S2CID 123217211 . 
  29. ↑ غاسبيك، برام (2010). "تبسيط تجارب الاختيار المؤجل". arXiv : 1007.3977 [ quant-ph ].
  30. ↑ سكارسيلي، ج.؛ تشو، ي.؛ شيه، ي. (2007). "ممحاة كمومية عشوائية ذات اختيار مؤجل عبر التصوير ثنائي الفوتون". المجلة الأوروبية للفيزياء D. 44 ( 1): 167-173 . arXiv : quant-ph/0512207 . Bibcode : 2007EPJD...44..167S . doi : 10.1140/epjd/e2007-00164-y . S2CID 10267634 . 
  31. ↑ بيروزو، أ.؛ شادبولت، ب.؛ برونر، ن.؛ بوبيسكو، س.؛ أوبراين، ج. ل. (2012). "تجربة اختيار مؤجل كمومي". مجلة ساينس . 338 (6107): 634-637 . arXiv : 1205.4926 . Bibcode : 2012Sci...338..634P . doi : 10.1126/science.1226719 . PMID: 23118183. S2CID : 3725159 .  
  32. ↑ رضائي، م.؛ فراشتروب، ج.؛ جيرهاردت، إ. (2018). "خصائص التماسك للفوتونات الجزيئية المفردة للشبكات الكمومية" . مجلة Physical Review X. 8 ( 3) 031026. Bibcode : 2018PhRvX...8c1026R . doi : 10.1103/PhysRevX.8.031026 .
  33. ↑ دريسل، ج.؛ تشوي، ي.؛ جوردان، أ.ن. (2012). "قياس معلومات المسار باستخدام مقاييس التداخل الإلكترونية المزدوجة من نوع ماخ-زيندر". مجلة Physical Review B. 85 ( 4) 045320. arXiv : 1105.2587 . doi : 10.1103/physrevb.85.045320 . S2CID 110142737 . 
  34. ↑ برامون، أ.؛ غاربارينو، ج.؛ هيسماير، ب.س. (2004). "الوسم الكمي والمحو الكمي للكاونات المتعادلة". رسائل المراجعة الفيزيائية . 92 (2) 020405. arXiv : quant-ph/0306114 . Bibcode : 2004PhRvL..92b0405B . doi : 10.1103/physrevlett.92.020405 . PMID 14753924. S2CID 36478919 .  
  35. ↑ قريشي، ت.؛ رحمن، ز. (2012). "ممحاة كمومية باستخدام إعداد شتيرن-غيرلاخ معدل". التقدم في الفيزياء النظرية . 127 (1): 71-78 . arXiv : quant-ph/0501010 . Bibcode : 2012PThPh.127...71Q . doi : 10.1143/PTP.127.71 . S2CID 59470770 .