光子的波/標記波，量子擦除器
在馬赫-曾德干涉儀中，光束被一個 50% 的鏡子分成兩束（紅色和藍色）。這兩束光都被一面鏡子反射並互相交叉。最後，每束光都以一個單獨的探測器結束。在 (1) 中，每個探測器都可以探測來自紅色或藍色路徑的光子，並且沒有測量到干涉。在 (2) 中，第二個分束器混合了紅色和藍色的光束。現在，兩個探測器都顯示出干涉，但無法探測光子是否遵循了紅色或藍色的路徑。
在經典的波描述中，光子的波被 50% 的鏡子分成兩部分。在 (1) 中，每個探測器只看到一個波，因此沒有與另一個波發生干涉。在 (2) 中，兩個波被混合，因此每個探測器都看到了兩個波，導致干涉。
高強度雷射透過維基百科：β-硼酸鋇晶體 (BBO) 的“紅色”和“藍色”部分輻射，該晶體偶爾會產生兩個糾纏的光子，能量是雷射光子的一半。這些光子透過維基百科：格蘭-湯普森稜鏡走兩條路徑。其中一個光子，即“訊號”光子，向上穿過透鏡到達目標探測器 D0。另一個光子，即“閒置”光子，向下移動，並被稜鏡偏轉，將它沿著不同的路徑傳送，具體取決於它來自 BBO 的紅色區域還是藍色區域。在每條路徑之外，一個 50% 的鏡子充當維基百科：分束器（綠色塊），導致 50% 的機率透過，50% 的機率反射到探測器 D3 或 D4。透過的光子被 100% 的鏡子（灰綠色塊）反射到探測器 D1 或 D2。在兩束光束交叉的地方，放置了一個 50% 的鏡子，它混合了這兩束光束。由於這種排列，如果光子在探測器 D3（或 D4）處被記錄，它只能是藍色（或紅色）光子。如果光子在探測器 D1 或 D2 處被記錄，它可以是紅色或藍色光子。一個符合計數器從 D0 中只選擇與選定其他探測器同時發生的事件。這包括 8 ns 的延遲，以補償到其他探測器的 2.5 米更長的路徑。結果是
- 當統計與 D3 或 D4 同時發生的事件時，沒有干涉。
- 當統計與 D1 或 D2 同時發生的事件時，出現了干涉圖樣。
在經典的波物理學中，一組光子是在 BBO 的紅色或藍色區域發射的，而不是同時在兩個區域都發射。這樣一來，就只會有一個波，它會與 D3 或 D4 干涉。但是，與 D1 或 D2 的干涉無法用經典解釋，因為沒有兩個波。
在這個實驗中，兩個波被不同地（垂直地）偏振。然後，沒有可見的干涉圖樣。探測器前方的偏振器，其軸線與其他偏振器成 45° 角，消除了這些資訊，導致干涉圖樣重新出現。
在經典上，這種效應被稱為菲涅耳和阿拉戈定律，它指出垂直偏振不會發生干涉。45° 偏振器迫使兩個垂直偏振成為平行偏振，從而可以發生干涉。同樣，經典的計算也得到了相同的結果。
一個 β-硼酸鋇 (BBO) 晶體，被強雷射照射，會偶爾產生兩個糾纏光子。一個光子（黃色）透過雙縫到達訊號探測器 Ds，在每條路徑中旋轉偏振器 Q1 或 Q2。Q1 和 Q2 的軸線垂直，產生相反的旋轉偏振。另一個光子（綠色）到達探測器 Dp，路徑上有一個線性偏振器立方體 POL。只記錄 Ds 中與 Dp 中的光子同時發生的那些光子。Dp 位於比 Ds 更靠近 BBO 的地方，因此光子首先被 Dp 探測到。結果是
- 沒有 Q1/Q2 和 POL，Ds 中出現了干涉圖樣
- 有 Q1/Q2，沒有干涉。
- 有 Q1/Q2 和 POL，調整到 Q1 快軸，出現了干涉。
- 有 Q1/Q2 和 POL，調整到 Q2 快軸，出現了干涉，但與 3 相比，它相移了 180º。
- 1-4 其中 Dp 比 Ds 距離更遠，得到了相同的結果。這被稱為延遲擦除器，因為 Dp 中的光子比 Ds 中的光子更晚被探測到
在經典的波描述中，Q1 和 Q2 是四分之一波片，它們有一個垂直的“快”軸和“慢”軸。慢軸相對於快軸有一個 π/2 的相位延遲。Q1 和 Q2 互相垂直安裝。在設定 2 中，入射光子具有隨機偏振（顯示為紅色），可以分解成兩個波，平行（綠色）和垂直（藍色）於波片的光軸（參見圖）。根據軸線，x 或 y 上的波被延遲 π/2。在探測器處，x 和 y 向量發生干涉（疊加），可以合成一個向量。計算表明機率為
P = 0.5 - 0.5cos2αsinφ
- A: 如果 α = 0（入射偏振平行於 Q1 的快軸），則 P = 0.5 - 0.5sinφ
- B: 如果 α = π/2（入射偏振平行於 Q2 的快軸），則 P = 0.5 + 0.5sinφ
- C: 如果 α = 隨機，則將 α 從 0 積分到 2π 並歸一化，得到 P = 1。這當然與 A + B 相同：P = 0.5 - 0.5sinφ + 0.5 + 0.5sinφ = 1
如果入射偏振平行於波片的快軸，則在探測器上可見 φ 干涉圖樣。A 和 B 之間存在 π 的相位差。如果 α 是隨機的，則沒有 φ 圖樣。C 可以解釋為沒有干涉圖樣或為兩個干涉圖樣 A 和 B 的總和，它們具有 π 的相位差，當加在一起時不會顯示出圖樣。根據經典規則，兩種解釋都是正確的。沃爾本的文章也提到設定 2 的結果是設定 3 和 4 的總和。
在實驗中，入射光子是 BBO 的訊號光子。在設定 2 中，偏振是隨機的，因此測量結果如上文 C 所示。BBO 發射一對具有互相垂直偏振的糾纏光子對。根據文章，在設定 3 中，POL 設定為 Q1 的快軸的角度。因此，透過的閒置光子必須有一個訊號光子，其偏振與之垂直，因此平行於 Q2 的快軸。這些光子將根據 B 顯示出介面圖樣，這與測量結果一致。在設定 3 中，POL 旋轉了 π/2，這得到了 A 的結果。換句話說，Dp 只探測到那些訊號光子偏振平行於 Q1 或 Q2 的閒置光子，它們根據 A 或 B 顯示出干涉圖樣。Dp 透過與 Ds 輸出的符合來選擇這些光子。
在上述公式中，閒置光子在 Dp 中被探測到的時間並不重要（只要使用延遲來補償路徑長度差）。“延遲”效應在經典的波解釋中是，POL 決定訊號波的偏振在Q1/Q2之前，儘管 POL 的位置比 Q1/Q2 距離 BBO 更遠。
惠勒延遲選擇實驗 是一種思想實驗，其中光子穿過雙縫後，檢測器型別（粒子或波）是在 *之後* 改變的。 [2] 在第二個版本中，尺度被放大到天文尺度：光子起源於一顆恆星，其路徑被一顆介入的星系彎曲，因此它可以透過兩條不同的路徑到達地球上的探測器 影像。探測器可以是一個螢幕（作為波探測器）或兩個望遠鏡，每個望遠鏡都聚焦在黑洞的任一側。在兩種版本中，惠勒都預計螢幕將測量干涉圖案，而兩個望遠鏡將只在一個望遠鏡中觀察到光子，而沒有干涉。如果兩個望遠鏡的輸出 *光學* 結合起來，干涉圖案將恢復，但會丟失光子路徑的資訊。
這個結果符合經典波：干涉是由檢測時兩個波的疊加引起的。如果望遠鏡指向一個波，那麼就不會有干涉。如果兩個望遠鏡光學結合，就會再次出現兩個波，它們會發生干涉。該實驗表明，光子始終保持完整的波和粒子性質，直到它們在吸收過程中結合在一起。 [3] 第一個版本已被雅克等人使用 馬赫-曾德爾干涉儀 在實踐中得到證實。天文版本尚未完成，在實踐中可能太難了，因為對於干涉圖案，光子在經過如此長時間後到達地球時必須是相干的。
- ↑ S.P. Walborn (2002). "雙縫量子橡皮擦". 物理評論 A. 65 (3): 033818. doi:10.1103/PhysRevA.65.033818.
{{cite journal}}: 未知引數|coauthors=被忽略 (|author=建議) (幫助) - ↑ 量子理論的數學基礎，A.R. Marlow 編，學術出版社，1978 年。
- ↑ 宇宙的結構，布萊恩·格林著，2009 年，第七章