Stergatorul cuantic

Stergatorul cuantic

Stergatorul cuantic este un dispozitiv fundamental in mecanica cuantica care ilustreaza principiul complementaritatii. Fiecare obiect cuantic manifesta proprietati atat de unda, cat si de particula. In experimentul Stergatorul cuantic se construieste un experiment analog unui quantum eraser pentru a evidentia complementaritatea dintre informatia privind traiectoria si interferenta.

Obiectivele Experimentului:

• Configurarea unui interferometru Mach-Zehnder
• Extinderea interferometrului Mach-Zehnder catre un quantum eraser

Informatii de baza:

Principiul complementaritatii in fizica cuantica indica faptul ca fiecare obiect cuantic manifesta atat proprietati de unda, cat si de particula. Aceste doua aspecte nu pot fi observate simultan, chiar si atunci cand principiul incertitudinii este depasit cu succes. Pe langa locatie si stimul, alte doua variabile complementare sunt informatia privind traiectoria si interferenta. Un quantum eraser poate demonstra acest lucru.

Un montaj posibil al unui quantum eraser se bazeaza pe interferometrul Mach-Zehnder (cf. Experimentul P5.3.5.1). Acesta este iluminat cu o sursa de lumina astfel incat sa fie prezent un singur foton in interferometru la un moment dat. La iesirea interferometrului exista un detector cu detectare spatiala a fiecarui foton individual. Filtre de polarizare sunt plasate in cele doua brate ale interferometrului pentru a detecta traiectoria pe care fotonul a urmat. Daca directiile de polarizare ale filtrelor sunt aliniate, atunci se poate observa un model de interferenta – rezultat din multi fotoni individuali. Cu toate acestea, atunci cand directiile de polarizare sunt perpendicular opuse, modelul de interferenta dispare. Daca se integreaza o alta filtru de polarizare la iesirea interferometrului Mach-Zehnder, la un unghi de 45° fata de celelalte doua filtre, modelul de interferenta devine din nou observabil. Cu toate acestea, modelul de interferenta lipseste inca la cealalta iesire fara filtrul suplimentar de polarizare.

Complementaritatea dintre informatia privind traiectoria si interferenta explica rezultatul testului. Traseele fiecarui foton pot fi determinate distinct cu filtrul de polarizare perpendicular opusa. Prin urmare, nu se poate observa nicio interferenta. Cu un alt filtru de polarizare la iesirea unuia dintre bratele interferometrului, toti fotoni vor avea din nou aceeasi directie de polarizare. Informatia privind traiectoria este “stearsa”, permitand din nou interferenta.

Montajul unui quantum eraser pentru fotoni individuali este extrem de complex. Testul este, asadar, realizat cu un laser in acest experiment, deoarece capacitatea sa face ca simultan sa fie prezente multi fotoni in interferometru. In acest context, efectele observate pot fi explicate si in cadrul electrodinamicii clasice: doar unde electromagnetice care au o directie comuna de polarizare pot interfera. Daca directiile de polarizare sunt perpendiculare, interferenta este imposibila. Daca se adauga un alt filtru de polarizare la 45° in spatele unei iesiri a interferometrului, atunci filtrul lasa sa treaca doar portiunea de lumina paralela cu filtrul de polarizare in fiecare brat. Aceste portiuni au aceeasi polarizare si pot, de asemenea, sa interferizeze din nou.