?

Log in

No account? Create an account

eslitak

Previous Entry Поделиться Next Entry
10:47 pm: Квантовый ликбез - 18-3. Отложенный выбор
Предыдущие посты

Непоколебимые сторонники классического детерминизма, разумеется, не согласны с квантовsми идеями мультивриантности и случайности. Поэтому результаты экспериментов типа тех, которые мы только что рассмотрели, они (детерминисты) пытаются объяснить с классических позиций. Встанем временно на их сторону. Возьмём опыт с системой зеркал и двумя детекторами из предыдущего поста и попробуем классически объяснить, почему, когда оба пути открыты, частица никогда не попадает в D1, а когда открыт только один путь - иногда попадает, в среднем один раз на каждые четыре выстрела.

Основные идеи классического объяснения таковы.

Во-первых, результат каждой попытки предопределён заранее. Иными словами, каждый фотон, выпущенный излучателем, "запрограммирован" на то или иное поведение, то есть, на движение к детекторам тем или иным путём.

Во-вторых, излучатель в принципе может генерировать фотоны четырёх различных сортов, а именно, несущих в себе следующие "программы" движения:

C1: отразиться от HM1, отразиться от HM2, попасть в D1;
C2: пройти сквозь HM1, пройти сквозь HM2, попасть в D1;
C3: отразиться от HM1, пройти сквозь HM2, попасть в D2;
C4: пройти сквозь HM1, отразиться от HM2, попасть в D2.

Конечно, имеются причины генерации фотона того или иного сорта (детерминизм же), но пока что они нам неизвестны. Поэтому с нашей точки зрения сорт фотона представляется случайным. Точнее, псевдослучайным. 

В-третьих, и это ключевой момент, конфигурация экспериментальной установки каким-то образом влияет на работу излучателя фотонов, а именно - на вероятность генерации фотона того или иного сорта. Конкретный механизм этого влияния нам опять же пока не известен, но проявляется он следующим образом. Если оба пути открыты, то излучатель не может генерировать фотоны сортов C1 и С2, может только С3, С4. Значит, все выпущенные фотоны будут попадать только в D2. Если же открыт только один путь, тогда излучатель может генерировать фотоны всех четырёх сортов, в этом случае попадания в D1 будут наблюдаться.

Если обобщённо, для любого физического опыта с частицами: генератор частиц, детектор и маршрутизатор (любой набор устройств для "доставки" частиц от источника к детекторам - зеркала, щелевые экраны и т.п.) представляют собой единую систему, связанную некими общими классическими (!) закономерностями. Принцип действия этих закономерностей нам неизвестен, но они заставляют всю систему в целом вести себя так, чтобы наблюдателю казалось, будто бы частицы обладают квантовыми свойствами. Эта идея называется "теория квантового заговора". Конечно, серьёзные приверженцы этой "конспирологической" теории не имеют ввиду, что это чьи-то сознательные злонамеренные козни, имеющие цель запутать физиков. Просто, полагают они, так устроена природа. На самом деле, не смотря на ироническое название, ничего антинаучного в такой гипотезе нет. Поэтому её следует принять к сведению и проверить экспериментально.

Проверять будем тем же опытом с зеркалами. Но теперь проведём его более тонко: будем менять конфигурацию маршрутизатора прямо по ходу эксперимента. А именно, будем переключать (ставить/убирать) заслонку не до срабатывания излучателя, а после того, как частица гарантировано минует (отразившись или пройдя насквозь) зеркало HM1. Причём, решение о положении заслонки будем принимать случайным образом.

Схема эксперимента может выглядеть, например, так (рисунок 18.3.1):



При нажатии кнопки «пуск» выдаётся сигнал, инициирующий и излучатель, и генератор случайной команды. Излучатель получает сигнал без задержки и выпускает фотон. На ГСК сигнал поступает с задержкой. Величина задержки выбрана так, чтобы ГСК сработал заведомо позже того, как фотон прошел зеркало HM1, но раньше, чем фотон может достигнуть заслонки. ГСК выдаёт на переключатель заслонки одну из команд: "закрыть" или "открыть", и заслонка её честно отрабатывает.

Наблюдатель в ходе каждого выстрела контролирует три параметра:


- начальное положение заслонки (открыта/закрыта);
- конечное положение заслонки (открыта/закрыта);
- результат выстрела (D1, D2, нет срабатывания).

Что получится в результате серии выстрелов? С точки зрения детерминиста сорт излучаемого фотона должен определяться исключительно начальным положением заслонки. Ведь конечное положение выбирается случайно в тот момент, когда фотон уже в полёте и уже сделал свой выбор на первом зеркале - отразился вверх или прошел прямо насквозь.

Значит, если изначально заслонка была открыта, то могут "родиться" фотоны только сортов С3, С4. В смысле такие, которые в принципе не способны попасть в D1.

Если же изначально заслонка закрыта, то, согласно логике детерминизма, может быть сгенерирован фотон любого сорта. Стало быть, в этом случае срабатывание D1 возможно, даже если окончательное положение заслонки «открыта».

Исходя из этих соображений, можно составить предположительную таблицу результатов для каждой комбинации начального и конечного положений заслонки. Чтобы вам было легче с ней разобраться, там даже указаны сорта фотонов, отвечающие за тот или иной результат.

Начальное положение заслонки Конечное положение заслонки Вероятность результата
(сорт фотона)
D1 D2 Нет срабатывания
открыта открыта 0 1
(С3, С4)
0
открыта закрыта 0 0,5
(С4)
0,5
(С3)
закрыта открыта 0,5
(С1, С2)
0,5
(С3, С4)
0
закрыта закрыта 0,25
(С2)
0,25
(С4)
0,5
(С1, С3)

Однако реальный опыт опровергает эти предположения детерминистов. Оказывается, что на возможность попадания фотона в D1 влияет только конечное положение заслонок, что вполне соответствует концепции двух виртуальных "облаков". На самом деле статистика результатов будет выглядеть следующим образом:

Начальное положение заслонки Конечное положение заслонки Вероятность результата
D1 D2 Нет срабатывания
открыта открыта 0 1 0
открыта закрыта 0,25 0,25 0,5
закрыта открыта 0 1 0
закрыта закрыта 0,25 0,25 0,5

Итак, мы имеем ещё одно доказательство того, что путь фотона не предопределён изначально. Ведь выбор между конфигурациями «один маршрут» или «два маршрута», влияющий на возможность попадания или непопадания фотона в D1, мы в данном случае осуществляем уже после того, как фотон родился и миновал зеркало HM1. Оттого это и называется «опыт с отложенным выбором».

Хотел было рассказать ещё про «квантовый ластик», да передумал. Лучше найдите описание этого опыта в сети и попробуйте разобраться самостоятельно. Если вы прониклись предыдущими материалами ликбеза, это будет совсем не сложно.

А тут нам пора заканчивать с основами квантовой механики, чему будет посвящена пара следующих частей, и переходить к кубитам, телепортации и квантовым вычислениям.

Продолжение

Tags: ,

Comments

[User Picture]
From:ptushnik
Date:Январь 15, 2014 04:02 pm
(Link)
...отразитЬся от, отразитЬся от, попасть в...

Когда-то всё это проходил, но читать интересно, спасибо.
[User Picture]
From:eslitak
Date:Январь 15, 2014 04:28 pm
(Link)
Вечно у меня беда с этим ться/тся. Вроде и правило вполне очевидное, что ж такое? :)

[User Picture]
From:urjuk
Date:Июль 28, 2015 04:20 pm

оставлю это здесь

(Link)
"квантовый ластик". вдруг кому понадобится.
https://science.d3.ru/kvantovyi-lastik-475563/
Разработано LiveJournal.com