Kuantum silgisi deneyi

Kuantum mekaniğinde, bir kuantum silgisi deneyi, kuantum dolanıklık ve tamamlayıcılık dahil olmak üzere kuantum mekaniğinin çeşitli temel yönlerini gösteren bir interferometre deneyidir.
Kuantum silgisi deneyi, Thomas Young'ın klasik çift yarık deneyinin bir çeşididir. Bir fotonun 2 yarıktan hangisinden geçtiğini belirlemek için harekete geçildiğinde fotonun kendisi ile girişim oluşturamayacağını tespit ediyor. Bir foton akışı bu şekilde işaretlendiğinde, Young deneyinin karakteristik özelliği olan girişim saçakları görülmeyecektir. Deney aynı zamanda hangi yarıktan geçtiğini ortaya çıkarmak için "işaretlenen" bir fotonun daha sonra "işaretinin kaldırılabileceği" durumlar da yaratıyor. "İşaretlenmemiş" bir foton kendisi ile girişim oluşturacak ve bir kez daha Young'ın deneyindeki karakteristik saçakları üretecektir.

Deney

 Konsept 
Bu deney iki ana bölümden oluşan bir aparat içermektedir. İki dolanık foton oluşturulduktan sonra her biri cihazın kendi bölümüne yönlendirilir. Düzeneğin çift yarıklı kısmında incelenen fotonun dolanık ortağının yolunu öğrenmek için yapılan herhangi bir şey ikinci fotonu etkileyecektir ve bunun tersi de geçerlidir. Deney aparatının çift yarık kısmındaki fotonların dolanık ortaklarını manipüle etmenin avantajı, deneycilerin aparatın o kısmında hiçbir şeyi değiştirmeden ikincideki girişim desenini yok edebilmesi veya eski haline getirebilmesidir. Deneyciler bunu dolanık fotonu manipüle ederek yaparlar ve bunu, foton yayıcı ile tespit ekranı arasındaki deney aparatının yarıklarından ve diğer elemanlarından geçmesinden önce veya sonra yapabilirler. Deneyin çift yarık kısmının girişim olgusunun ortaya çıkmasını önleyecek şekilde ayarlandığı koşullar altında (çünkü kesin "hangi yol" bilgisi mevcuttur), kuantum silgisi bu bilgiyi etkili bir şekilde silmek için kullanılabilir. Bunu yaparak deneyci, deney aparatının çift yarıklı kısmını değiştirmeden girişimi yeniden sağlar.

Bu deneyin bir varyasyonu olan gecikmiş seçim kuantum silgisi deneyi, "hangi yol" bilgisinin "ölçülüp ölçülmeyeceği veya yok edilip edilmeyeceği kararının", dolanık parçacık ortağının (yarıklardan geçen) kendisi ile girişim "oluşturma veya oluşturmama" durumuna kadar izin verir.  
Gecikmeli seçim deneylerinde kuantum etkileri, gelecekteki eylemlerin geçmiş olaylar üzerindeki etkisini taklit edebilir. Ancak ölçüm eylemlerinin zamansal sırası konuyla ilgili değildir.

 Prosedür 
upright=1.14|küçükresim|Şekil 1. Çapraz polarizasyonlar girişim saçaklarını önler
İlk olarak, bir foton, özel bir doğrusal olmayan optik cihaz aracılığıyla fırlatılır: beta baryum borat (BBO) kristali. Bu kristal, tek fotonu, spontane parametrik aşağı dönüşüm (SPDC) olarak bilinen bir işlemle, daha düşük frekanslı iki dolanık fotona dönüştürür. Bu kristal, tek fotonu, spontane parametrik aşağı dönüşüm (SPDC) olarak bilinen bir işlemle, daha düşük frekanslı iki dolaşmış fotona dönüştürür. Bu dolanık fotonlar ayrı yollar izler.
Bir foton doğrudan polarizasyon çözücü detektöre giderken, ikinci foton çift yarıklı maskeden ikinci polarizasyon çözücü detektöre geçer. Bir foton doğrudan polarizasyon çözücü detektöre gider, ikinci foton çift yarıklı maskeden ikinci polarizasyon çözücü detektörden geçer. Her iki dedektör de bir tesadüf devresine bağlanarak yalnızca dolanık foton çiftlerinin sayılmasını sağlar. Bir kademeli motor ikinci dedektörü hedef alan boyunca tarama yapacak şekilde hareket ettirerek bir yoğunluk haritası oluşturur. Bu konfigürasyon tanıdık girişim desenini ortaya çıkarır.

upright=1.14|küçükresim|Şekil 2. Üst yola polarizörün eklenmesi, aşağıdaki girişim saçaklarını eski haline getirir
Daha sonra, çift yarıklı maskedeki her bir yarığın önüne bir dairesel polarizör yerleştirilerek, bir yarıktan geçen ışıkta saat yönünde dairesel polarizasyon, diğer yarıktan geçen ışıkta ise saat yönünün tersine dairesel polarizasyon üretilir (bkz. Şekil 1). (Hangi yarığın, hangi polarizasyona karşılık geldiği, ilk dedektör tarafından bildirilen polarizasyona bağlıdır.) Bu polarizasyon ikinci dedektörde ölçülür, böylece fotonlar "işaretlenir" ve girişim deseni yok edilir (bkz. Fresnel-Arago yasaları).

Son olarak, dolanık çiftin ilk fotonunun yoluna bir doğrusal polarizör eklenir ve bu fotona çapraz bir polarizasyon verir (bkz. Şekil 2). Dolanıklık, çift yarıklı maskeden geçen partnerinde tamamlayıcı bir diyagonal polarizasyon sağlar. Bu, dairesel polarizörlerin etkisini değiştirir: her biri saat yönünde ve saat yönünün tersine polarize ışığın bir karışımını üretecektir. Böylece ikinci detektör artık hangi yolun alındığını belirleyemez ve girişim saçakları eski haline döner.

Dönen polarizörlere sahip çift yarık, ışığın klasik bir dalga olduğu düşünülerek de açıklanabilir. Ancak bu deneyde klasik mekanikle uyumlu olmayan dolanık fotonlar kullanılıyor.

 Diğer uygulamalar 
Kuantum silme teknolojisi, gelişmiş mikroskopların çözünürlüğünü artırmak için kullanılabilir.

 Yaygın yanlış anlama 
Bu deneyle ilgili yaygın bir yanlış anlama, bunun iki dedektör arasında anında bilgi iletilmesi için kullanılabileceğidir.Kastner (2019): 'Delayed Choice Quantum Eraser Neither Erases Nor Delays', Foundations of Physics Ancak basit nedensellik, "verili" bilginin gözlemlenen sonuçlara dayatılmasını engeller. Bu deney düzeneğinde tesadüf dedektörünün rolünü anlamak önemlidir. Üst yoldaki doğrusal polarizör, dolanık fotonların yarısını etkili bir şekilde filtreliyor ve çakışma detektörü aracılığıyla alt yoldaki karşılık gelen fotonları filtreliyor. Tesadüf dedektörü yalnızca her iki sensörden gelen verileri karşılaştırarak çalışabilir, bu da bu kurulumun anlık iletişim için kullanılmasını imkansız hale getirir.

Başka bir deyişle, BBO kristalinden geçen ışığın yalnızca küçük bir yüzdesi dolanık çiftlere bölünür. Kristalden geçen fotonların büyük çoğunluğu bölünmez ve istenmeyen gürültü olarak son veri setinden çıkarılmaları gerekir. Dedektörlerin bir fotonun dolaşık bir çiftin parçası olup olmadığını ölçmesinin bir yolu olmadığından bu karar, zamanlamaya bakılarak ve diğer dedektördeki 'ikizleri' ile aynı anda yakalanmayan fotonların filtrelenmesiyle verilir. Böylece, bir çift dolanık foton oluşturulduğunda, ancak ikisinden biri bir polarizör tarafından bloke edilip kaybolduğunda, geri kalan foton, sanki pek çok dolanık olmayan fotondan biriymiş gibi veri setinden filtrelenecektir. Bu şekilde bakıldığında, iki ölçüm karşılaştırıldığından ve verileri filtrelemek için kullanıldığından, üst yolda değişiklik yapmanın alt yolda alınan ölçümleri etkilemesi şaşırtıcı değildir.

Bu deneysel kurulumun son durumunda, alt yoldaki ölçümlerin her zaman ham veriler üzerinde dağılmış bir model gösterdiğini unutmayın. Bir girişim desenini görmek ancak verilerin tesadüf detektörü ile filtrelenmesiyle ve yalnızca dolanık bir çiftin 1/2'si olan fotonlara bakılmasıyla mümkündür.

Ayrıca bakınız
Gecikmiş seçim kuantum silgisi deneyi
Wheeler'ın gecikmiş seçim deneyi
Marlan Scully

Dış bağlantılar
A more technical analysis of the quantum eraser experiment
A Scientific American article: A Do-It-Yourself Quantum Eraser - note: SciAm online subscribers only

 Kaynakça 

Kategori:Kuantum ölçümleri