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THEMA: Quantenradierer: Erst Interferenz checken, danach Detektoren einstellen

Quantenradierer: Erst Interferenz checken, danach Detektoren einstellen 22 Apr 2019 14:49 #51250

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Hallo,
ich habe eine Idee zum Thema Quantenradierer, die irgendwie paradox ist, und bin mit meinem Latein am Ende.

Stellen wir uns den Versuchsaufbau ähnlich wie im Video vor, mit drei kleinen Änderungen:
  • Anstatt nur einem Detektor D0 nehmen wir über den ganzen Schirm verteilt Detektoren, um ein ganzes Interferenzmuster zu messen.
  • Die verschränkten Photonen schicken wir nicht direkt in Richtung D1-D4, sondern lassen sie einen Umweg gehen, sodass sie mehr Zeit dorthin benötigen (z.B. über einen Spiegel in einer Lichtminute Entfernung, eine krümmende Masse oder ähnliches). Wir behalten aber die Detektoren selbst in der Nähe.
  • Anstelle von den zwei halbdurchlässigen Spiegeln in der D3/D4-Bahn nehmen wir normale Spiegel (der dritte bleibt halbdurchlässig).

Nun senden wir nacheinander Photonen durch den Doppelspalt, vielleicht 100 Stück - hauptsache genug, um zu erkennen, ob ein Interferenzmuster entsteht oder der "Batzen". Nachdem wir dies festgestellt haben, stellen wir die Detektoren D1-D4 ein. Da die verschränkten Photonen lang genug unterwegs sind, haben wir dazu ja genug Zeit.

Wenn tatsächlich ein Interferenzmuster entsteht, nehmen wir die Spiegel aus dem Weg, sodass die verschränkten Photonen in D3 bzw. D4 landen. Wir wissen jetzt also, welche der ursprünglichen Photonen durch den oberen und welche durch den unteren Spalt gekommen sind (wenn man die zeitliche Ankunft beachtet).
Ergibt sich aber am Schirm ein "Batzen", so belassen wir die Spiegel in Position, und "vernichten" die Information über den Weg der Photonen.

Wir würden in beiden Fällen also genau das gegenteilige Muster am Schirm messen, als es eigentlich der Fall sein sollte.
Was passiert also wirklich?


(Auf ähnliche Art und Weise könnte man Information in die Vergangenheit schicken, indem man in der Zukunft die Detektoren und Spiegel einstellt, sodass diese das Interferenzmuster in der Vergangenheit bestimmen; man könnte dann sagen, Interferenz bedeutet 1 und Batzen bedeutet 0)

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Quantenradierer: Erst Interferenz checken, danach Detektoren einstellen 22 Apr 2019 18:54 #51256

Deinen ersten Punkt, mehrere Detektoren an D0, realisiert man indem die Position des Detektors variabel ist. Man treibt eben Statistik über verschiedene Stellen .

Dein Zweiter ist auch erfüllt; die Strecke nach D1-D4 ist länger als die Strecke nach D0.
Die Strahlteiler D3/D4 dienen nach meinem Verständnis dazu mit einem Versuchsaufbau beide Messungen vorzunehmen:
a) welcher Weg ist bekannt und b) die welcher Weg Information wird durch Überlagerung verschleiert.

Es werden immer nur solche Photonenpaare berücksichtigt bei denen beide in einem engen Zeitfenster detektiert wurden (Koinzidenz). So werden Fehler z.B. durch Streulicht vermieden.

Aber ganz wichtig ist:
An einem einzelnen Photon lässt sich keine Interferrenz messen. Das wird irgendwo detektiert oder nicht.

Bringt es dann etwas den Versuchsaufbau zu ändern nachdem an D0 etwas gemessen wurde. Man weis ja noch nicht ob das Photon für dessen Zwilling man den Strahlengang ändern will Teil einer Interferrenz ist oder nicht.

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Quantenradierer: Erst Interferenz checken, danach Detektoren einstellen 27 Aug 2019 14:42 #56316

Hallo Zimbo,

ich habe mir dieselbe Frage gestellt und bisher nirgends eine Antwort gefunden daher möchte ich dieses hier etwas konkretisieren:

Nehmen wir an zuerstmal das herkömmliche Experiment an zum Delayed-Choice-Experiment:


Bei diesem Experiment erhält man nun folgende Muster wenn man die Signale der Dektoren von D0 korreliert mit D1 - D4:

.
(Quelle für beide Bilder: en.wikipedia.org/wiki/Delayed-choice_qua...of_Kim_et_al._(1999) )

Mir ist klar das sich Interferenzmuster oder Bulkmuster nurt dann herauskristallisiert wenn man die Korrelation bildet von D0 und D1 - D4. Nun kommt aber ein Knackpunkt der mich verwundert: Auf dem zweiten Bild sieht man dass es auf D0 Bereiche gibt die nur von Photonen erreicht werden können die später mit einem ganz speziellen Detektor korreliert sind. Ich habe hier mal ein Beipiel eingezeichnet:



Der Kreis auf dem Photon zeigt einen Bereich auf D0 auf dem ein Photon nur dann ankommen kann wenn sein Partnerphoton später auf D1 registriert wird. Denn Phtononen an dieser Stelle ergeben sich nur bei R01, nicht jedoch bei R02- R04. Das heißt wenn ein Photon dort registriert wird wissen wir bereits das sein Partnerphoton auf D1 ankommen muss, denn für R02 - R04 gibt es dort keine Koinzidenzen.

Und jetzt kommts: Nehmen wir an wir gestalten den Aufbau so das D0 sehr nahe am Spalt ist und der Rest des Aufbaus für das Partnerphoton sehr weit weg ist. ALso z.B. erreicht das erste Photon P1 den Detektor 0 nach 1 ns und das zweite Photon P2 erreicht den ersten Beam Splitter (PS) erst nach einer Sekunde. Wenn nun Photon P1 an oben besagter Stelle auftrifft muss sein Partnerphoton P2 später in Detekor 1 ankommen. Da wir nun aber noch über eine Sekunde Zeit haben den Weg des Partnerphotons P2 zu manipulieren können wir diesen Pfad schließen bevor das Photon P2 überhaupt den Detektor D1 erreichen kann. Oder etwas präziser: Wir können den Messaufbau ganz normal aufstellen und Photonen nacheinander messen. Wenn wir nun eine Photon P1 an oben besagter Stelle messen an D0 messen, haben wir nun über eine Sekunde Zeit den Messaufbau so zu ändern das nur die Detektoren D3 und D4 übrigbleiben. Dann können wir Interferenz messen und den Weg bestimmen.

PS: Mir ist klar das ich hier einen Gedankenfehler habe und das das prinzipiell nicht geht. Allerdings würde ich gerne wissen wo der Fehler liegt. Liegt es daran das die Wiki-Simulation nicht korrekt ist?
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Letzte Änderung: von mojorisin. Begründung: Rechschreibfehler (Notfallmeldung) an den Administrator

Quantenradierer: Erst Interferenz checken, danach Detektoren einstellen 28 Aug 2019 19:41 #56390

mojorisin schrieb: Nun kommt aber ein Knackpunkt der mich verwundert: Auf dem zweiten Bild sieht man dass es auf D0 Bereiche gibt die nur von Photonen erreicht werden können die später mit einem ganz speziellen Detektor korreliert sind.


Diese schematische Darstellung der Ergebnisse gibt das Ergebnis nicht real wieder.
Diese hier:

KimDelayedChoiceQuantumEraserGraphsSVG
Patrick Edwin Moran [CC BY-SA 3.0 ( creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0 )], via Wikimedia Commons


KimDelayedChoiceQuantumEraserGraphsGIF
Stigmatella aurantiaca [CC BY-SA 3.0 ( creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0 )], via Wikimedia Commons

treffen es besser.

Wie man leicht sieht ist die Korrelation keineswegs eindeutig. Selbst wenn die "Interferrenzmuster" schärfer ausgeprägt wären gäbe es immernoch Mehrdeutigkeiten zwischen zwei oder drei Detektoren.
Eine eindeutige statistische Zuordnung zwischen D0 und genau einem der vier anderen Detektoren lässt sich nicht treffen.

Wenn du mich fragst misst man hier die am Strahlteiler BSc auftretende Interferrenz aus der Überlagerung der beiden "Welcher Weg" Informationen. Da wird nix rückwärts in der Zeit ausradiert.

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Quantenradierer: Erst Interferenz checken, danach Detektoren einstellen 28 Aug 2019 20:55 #56397

Hallo Merilix,
erstmal danke für deine Antwort.

Eine eindeutige statistische Zuordnung zwischen D0 und genau einem der vier anderen Detektoren lässt sich nicht treffen.

Bist du dir das sicher? Immerhin können wir einzlnen Photonenpaare zeitlich auflösen und durch den Aufbau schicken, dann können wir eine eindeutige Korrelation herstellen. Sehe da eigenltich kein prinzipielles Problem. Ich gebe dir aber Recht das es nicht so aussieht das wir aus einem bestimmten Auftreffpunkt bei D0 ein klare Aussage über den dazugehörigen notwendigen Detektor machen können.

Man kann sich aber das Experiment leicht modifiziert vorstellen und ich habe das auch in inem anderen Forum einmal angehauen:

www.quanten.de/forum/showthread.php5?p=92126#post92126

Dort habe ich das Gedankenexperiment leicht modifiziert vorgestellt:

Jetzt kommt meine Frage. Nehmen wir an wir könnten das Experiment etwas modifizieren: Zuerst verlängern wir die Strecke zwischen dem Doppelspalt und dem ersten Glasprisma "PS" sodass das die IdlerPhotonen seh lange unterwegs sind, sagen wir über eine Minute.

Jetzt starten wir das Experiment und lassen einzelnen Photonen des LaserBeams im zeitlichen Abstand von im Abstand von 1 ns auf dem Doppelspalt auftreffen. Bereits nach einer Sekunde hätten wir dann 1 Mrd Photonen auf D0; genug für eine Statistik. AUf der anderen Seite sind die Idler-Photnen noch knapp eine Minute unterwegs.

Jetzt können wir uns folgendes vorstellen:

Versuch 1: Wir machen die halbdurchlässigen Spiegel BSa und BSb zu kompletten Spiegeln. Alle Idler-Photonen müssen nun auf D3 und D4 ankommen und wir erwarten keinerlei Interferenz da wir den Pfad gemessen haben.

Versuch 2: Wir entfernen die halbdurchlässigen Spiegel BSa und BSb. Alle Idler-Photonen müssen nun auf D1 und D2 ankommen und wir erwarten vollständige Interferenz da wir keine Pfadinformationen mehr haben.

Jetzt kommt mein Problem: Die Photonen auf D0 haben wir bereits nach 1 s. Und mit 1 Mrd. Photonen haben wir auch genug um ein potentielles Interferenzmuster zu erkennen. Andererseits haben wir noch über eine Minute Zeit die Spiegel einzustellen. Wie muss das Muster auf D0 dann aussehen bevor wir überhaupt entschieden haben wie wir die Spiegel einstellen?


MIch würde wirklich interessieren was hierzu dir korrekte Antwort ist, vielleicht weiß hier einer was zu.

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Quantenradierer: Erst Interferenz checken, danach Detektoren einstellen 28 Aug 2019 21:38 #56401

Es gibt an D0 kein Interferrenzmuster, auch nicht potentiell.
Die dort gemessene Verteilung ist immer die selbe. Ich denke es ist eine Gaußverteilung oder etwas ähnliches und daran ändert sich nichts egal wie der entfernte Versuchsaufbau für die Zwillingsphotonen aussieht.

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Quantenradierer: Erst Interferenz checken, danach Detektoren einstellen 28 Aug 2019 21:47 #56402

Es gibt an D0 kein Interferrenzmuster, auch nicht potentiell.


Nehmen wir mal nur ein Fall an:

Entfernen wir die Halbdurchlässigen Spiegel BSa und BSb, dann können die Idler-Photonen nur noch auf den Detektoren D1 und D2 auftreffen. Und da diese von beiden Pfaden erreichbar sind, werden wir ein reines Interferenztmuster erhalten.

Ich denke da sind wir uns einig, oder?

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Quantenradierer: Erst Interferenz checken, danach Detektoren einstellen 28 Aug 2019 21:54 #56403

mojorisin schrieb: beiden Pfaden erreichbar sind, werden wir ein reines Interferenztmuster erhalten.


Nicht an D0!

mojorisin schrieb: Ich denke da sind wir uns einig, oder?

Es sieht nicht so aus.

Ja, es kommt irgendwie zur Interferrenz am Strahlteiler BSc.
Dann ist die Rechnung ganz einfach:

R02 = D0 - R01
oder
R01 = D0 - R02
oder
D0 = R01 + R02

wobei D0 die Gaußverteilung zeigt.

Was ich nicht erklären kann ist das Warum. Warum kommt es an BSc zur Interferrenz der Wellenfunktionen.

PS:
Anders ausgedrückt: Filtert man nachträglich aus der Gaußverteilung an D0 die Treffer heraus die an R01 gemessen wurden erhält man logischerweise das Muster von R02.

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Quantenradierer: Erst Interferenz checken, danach Detektoren einstellen 28 Aug 2019 22:11 #56404

Ja, es kommt irgendwie zur Interferrenz am Strahlteiler BSc.


Nein es gibt keine Interferenzen am Strahlteiler BSc. Der Versuchsaufbau funktioniert so das im Doppelspalt zwei verschränkte Photonen entstehen, eines davon geht auf D0 (das sogenannte Signal-Photon) das andere Photon (das sogenannte Idler-Photon) geht in Richtung Strahlteiler und dann zu damit zu den Detektoren D1 - D4. Je nachdem ob es auf D1 oder D2 ankommt ist die Herkunft des Idler Photons nicht mehr ermittelbar und wenn es auf D3 oder D4 ankommt ist die Herkunft des Photons ermittelbar.

Die Interferenzen entstehen an D0. Zuerst nehmen wir an D0 alle Photonen auf und sehen eine wildes Gemisch. Nun blenden wir alle Photone bei D0 aus und plotten nur die Photonen die bei D0 angekommen sind und korreliert waren mit D1. Dann erhalten wir Interferenz auf D0 weil wir nicht wissen in welchem Spalt das Photon entstand. Dasselbe Spiel bei D0 und D1. Ploitten wir hingegegn die Photonen D0 und D3 erhalten wir die Gauss-Verteilung, da uns die Messung der Photons auf D3 erlaubt herauszufinden in welchem Spalt das Photonpaar etnstanden ist. Dasselbe gilt natürlich für D0-D4.

Wenn wir aber erstmal die Photonen auf D0 nicht mit einem der Detektore D1-D4 korrelieren sehen wir natürlich nichts.

So habe ich das verstanden.

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Quantenradierer: Erst Interferenz checken, danach Detektoren einstellen 28 Aug 2019 22:38 #56409

mojorisin schrieb: Die Interferenzen entstehen an D0. Zuerst nehmen wir an D0 alle Photonen auf und sehen eine wildes Gemisch. Nun blenden wir alle Photone bei D0 aus...

Genau, wir blenden aus, wir filtern. An D0 gibt es keine Interferrenz, wir machen nur die Augen zu wenn da etwas passiert was an den Detektoren gemessen wurde die wir gerade nicht sehen wollen. Was meinst du was an D0 zu sehen ist wenn wir die Detektoren D2-D4 einfach ausschalten? Sehen wir dann das Muster tatsächlich oder bleibt das der Mix?

(Mal abgesehen davon das der Versuch dann ungenau wird weil wegen fehlender Koinzidenz nicht mehr klar ist ob die gemessenen Photonen zum Versuch gehören oder Störstrahlung ist)

mojorisin schrieb: ... und plotten nur die Photonen die bei D0 angekommen sind und korreliert waren mit D1.

Das alles passiert nachträglich, das ist nicht das was wir sehen während der Versuch stattfindet. Man schon genau hinsehen was echte Messung und was Interpretation und Nachbearbeitung ist. D0 jedenfalls zeigt IMMER die Gaußverteilung.
Selbst wenn die Zwillingsphotonen Jahre oder Jahrhunderte brauchen bis sie D1-D4 erreichen, auch wenn wir die Zweite Versuchsanordnung völlig umbauen und was ganz anderes draus machen (vieleicht nen Kinoprojektor^^), an D0 ändert sich nix.

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Quantenradierer: Erst Interferenz checken, danach Detektoren einstellen 28 Aug 2019 22:49 #56411

Was meinst du was an D0 zu sehen ist wenn wir die Detektoren D2-D4 einfach ausschalten? Sehen wir dann das Muster tatsächlich oder bleibt das der Mix?


Darauf wollte ich mit meiner Zwischenfrag ja hinaus. Allerdings müssen wir vorsichtig sein was wir unterbinden: Wir müssen nicht die Detektoren ausschalten, sondern wir müssen die möglichen Pfade unterbinden.

Daher meine Frage: Was passiert wenn wir die halbdurchlässigen Spiegel BSa und BSb rausnehmen? Die Idler-Photonen können nun nur noch auf die Detektoren D1 und D2 aufkommen und hier wissen wir nichts mehr über den Pfad. Im Prinzip haben wir nun ein ganz normales Doppelspaltexperiment. Damit muss in diesem Fall auf D0 auch ein Interferenzmuster entstehen oder nicht?

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Quantenradierer: Erst Interferenz checken, danach Detektoren einstellen 28 Aug 2019 23:29 #56415

mojorisin schrieb: Die Idler-Photonen können nun nur noch auf die Detektoren D1 und D2 aufkommen und hier wissen wir nichts mehr über den Pfad.

Die "Welcher Weg" Info wird ja schon im Kristall hinter dem Doppelspalt "gemessen". Sowohl die "Idler" Photonen als auch die die an D0 ankommen nehmen
verschiedene Wege. Betrachtest du nur D1 und D2 zusammen bleibt die Gaußkurve... ich mein, seh dir die beiden Kurven doch mal an und addiere sie gedanklich. Da ist nix mit Interferrenz.

mojorisin schrieb: Im Prinzip haben wir nun ein ganz normales Doppelspaltexperiment.

Ich denke nicht denn das macht der Kristall hinter dem Spalt kaputt und gibt den beiden Photonen die er emittiert ne neue Wellenfunktion.


PS:
Worauf ich die ganze Zeit hinaus will ist: an D0 lässt sich keinerlei Information gewinnen die es möglich macht ein Paradox zu konstruieren.

Bemerkenswert bleibt, das der Ort wo ein einzelnes Photon an D0 gemeessen wird mit dem Verhalten seines Partners am Strahlteiler BSc korreliert zu sein scheint. Vieleicht gibts auch eine Korrelation an den anderen Strahlteilern aber das geben die aus dem Versuchsaufbau gewonnenen Daten nicht her.

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Quantenradierer: Erst Interferenz checken, danach Detektoren einstellen 28 Aug 2019 23:56 #56418

Betrachtest du nur D1 und D2 zusammen bleibt die Gaußkurve... ich mein, seh dir die beiden Kurven doch mal an und addiere sie gedanklich. Da ist nix mit Interferrenz.


Ok, da ist was dran. Damit erledigt sich im Prinzip meine Frage. Nur nicht so spekatkulär wie ich es mir vorgestellt hatte :-)

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