title: Nonlocal delayed-choice experiments with entangled photons
Creators: name: Ma, Xiaosong
Publisher: name: :none
Year: 2010

description: Obwohl Störungen ist untrennbar mit einer klassisch-Welle Phänomen, ist das Superpositionsprinzip, die Störungen zu Grunde liegt im Herzen der Quantenphysik. Feynman genannten Störungen als wirklich "das einzige Geheimnis" der Quantenphysik [FLS63].Offensichtlich Störungen konfrontiert uns mit einigen grundlegenden Fragen der Auslegung der Quantenphysik. Trotz seiner langen Geschichte geht zurück auf Thomas Young zu Beginn des 19. Jahrhunderts, Quanten interferenzoptisch noch Herausforderungen unseres Verständnisses.Mit der Entwicklung der experimentellen Techniken zur schnellen und empfindlichen Messungen von Licht, ist es möglich geworden durchzuführen viele der gedankenexperiments deren Interpretationen wurden weithin im Laufe der Entwicklung der Quantenphysik [Whe84, SD82, SEW91, Per00] diskutiert. Die vorliegende Arbeit enthält die experimentelle Realisierung von drei verschiedenen gedankenexperiments: ein nicht-lokales Quantenradierer, Zwei-Photonen-Hong-Ou-Mandel Interferenz unter Bedingungen und Einstein Lokalität verzögerten Wahl Verschränkung Swapping. Der Zweck dieser Arbeit ist es, experimentell zeigen einige der counter-intuitive Features der Quantenphysik über verschiedene Quantenphänomene. Sie unterstreichen deutlich die unterschiedlichen Vorstellungen von Raum und Zeit, zwischen klassischer und Quantenphysik. Solche Augenbrauen-Anhebung Eigenschaften von Raum und Zeit in der Quantenphysik wurden "als eines der faszinierendsten Effekte in der Quantenmechanik beschrieben "[AZ05]. Die "spukhafte Fernwirkung" (in Einsteins Worten) eines verschränkten Systems ist in auffälliger Weise von Scully et al illustriert. 'S Quantenradierer [SD82, SEW91], in denen man wählen, ob oder nicht zu löschen, die kann- Pfadinformation eines Teilchens durch Ausführen einer geeigneten Messungen auf ein anderes Teilchen mit verschränkten es. Da die Quantenmechanik ist gleichgültig gegen die räumliche und zeitliche Reihenfolge der Messungen an verschränkten Teilchen, können Sie diese Auswahl beliebig verschoben werden und räumlich in Bezug auf das störende Ereignis des ersten Teilchens voneinander getrennt (siehe Kapitel 3). Wheeler dargestellten Grundsatz der Komplementarität mit Einzel-Photonen-Interferenz in einer verzögerten Wahl Gedankenexperiment [Whe84]. Im Gegensatz zur Einzel-Photonen-Interferenz (Störung zweiter Ordnung), die ein klassisches Analogon hat, ergibt sich Zwei-Photonen-Hong-Ou-Mandel (HOM) Störungen (Interferenzen vierter Ordnung) von der bosonischen Natur der Photonen und die unitäre Transformation von einem Strahlteiler. Wie von Mandel betonte, "diese Vorhersage hat kein klassisches Analogon, und seine Bestätigung wäre ein interessanter Test der Quantentheorie des elektromagnetischen Feldes dar" [Man83, Man99]. Die Realisierung der Zwei-Photonen-HOM Interferenzversuch unter Einstein Lokalität Bedingungen (dh die relevanten Ereignisse sind relativistisch space-like getrennt) deutlich erweitert Wheeler's verzögerten Wahl Gedankenexperiment Konzept (siehe 4.2). In der Quantenphysik, können die Ereignisse beeinflussen, wie wir die Daten in der Vergangenheit erzielten interpretieren. Dieses Phänomen wird in illustrierten Peres 'delayed-Wahl Verstrickung-Swapping Gedankenexperiment [Per00], wo man wählt, ob oder nicht zu verstricken zwei Teilchen, nachdem sie erkannt wurden und nicht einmal mehr zu existieren.Die Ergebnisse zeigen, dass die zeitliche Reihenfolge der Wahl und die Messung Veranstaltungen in einem solchen Experiment irrelevant ist, wie vorhergesagt durch die Quantenphysik (siehe 4.3). Die wichtigsten Merkmale der Experimente in dieser Arbeit vorgestellt werden: (1) High-Speed-elektro-optische Modulatoren von einem Quanten-Zufallszahlen-Generator, die zusammen ermöglichen es uns, schnell umzusetzen und zufällige Messung der Photonen gesteuert. (2) Die räumliche und zeitliche Beziehungen der verschiedenen Veranstaltungen, die im Raum-Zeit-Diagramme dargestellt werden können, sind in geeigneter Weise angeordnet, um nicht-klassischen und counter-intuitive Features der Quantenphysik zeigen.
description: Although interference is intrinsically a classical-wave phenomenon, the superposition principle which underlies interference is at the heart of quantum physics. Feynman referred to interference as really "the only mystery" of quantum physics [FLS63]. Clearly interference confronts us with some basic questions of the interpretation of quantum physics. Despite its long history, going back to Thomas Young at the beginning of the 19th century, quantum optical interference still challenges our understanding. With the development of experimental techniques for fast and sensitive measurements of light, it has become possible to carry out many of the gedankenexperiments whose interpretations were widely debated in the course of the development of quantum physics [Whe84, SD82, SEW91, Per00]. The present thesis contains the experimental realization of three different gedankenexperiments: a non-local quantum eraser, two-photon Hong-Ou-Mandel interference under Einstein locality conditions and delayed-choice entanglement swapping. The purpose of this thesis is to experimentally demonstrate some of the counter-intuitive features of quantum physics via various quantum phenomena. They dramatically underscore the different conceptions of space and time between classical and quantum physics. Such eyebrow-raising features of space and time in quantum physics have been described "as one of the most intriguing effects in quantum mechanics" [AZ05]. The "spooky action at a distance" (in Einstein's words) of an entangled system is illustrated in a striking way by Scully et al.'s quantum eraser [SD82, SEW91], in which one can choose whether or not to erase which-path information of one particle by performing suitable measurements on another particle entangled with it. Since quantum mechanics is indifferent to the spatial and temporal order of measurements on entangled particles, this choice can be arbitrarily delayed and spatially separated with respect to the interfering event of the first particle (see Chapter 3). Wheeler illustrated the complementarity principle with single-photon interference in a delayed-choice gedankenexperiment [Whe84]. In contrast with single-photon interference (second-order interference), which has a classical analogue, two-photon Hong-Ou-Mandel (HOM) interference (fourth-order interference) stems from the bosonic nature of the photons and the unitary transformation of a beam splitter. As stressed by Mandel "this prediction has no classical analogue, and its confirmation would represent an interesting test of the quantum theory of the electromagnetic field" [Man83, Man99]. The realization of the two-photon HOM interference experiment under Einstein locality conditions (i.e. the relevant events are relativistically space-like separated) significantly extends Wheeler's delayed-choice gedankenexperiment's concept (see 4.2). In quantum physics, present events can affect how we interpret the data obtained in the past. This phenomenon is illustrated in Peres' delayed-choice entanglement-swapping gedankenexperiment [Per00], where one chooses whether or not to entangle two particles after they have been detected and don't even exist anymore. The results show that the temporal order of the choice and the measurement events in such an experiment is irrelevant, as predicted by quantum physics (see 4.3). The important features of the experiments presented in this thesis are: (1) High-speed electro-optical modulators controlled by a quantum random number generator, which together allow us to implement fast and random measurements of the photons. (2) The spatial and temporal relations of various events, which may be illustrated in space-time diagrams, are appropriately arranged to show non-classical and counter-intuitive features of quantum physics.