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Experimento de imagen cuántica de "elección retardada": ¿por qué no iba a funcionar?

Acabo de leer un artículo de Nature ( Los fotones entrelazados hacen una foto de una paradoja , 27 de agosto de 2014) sobre una forma de formar una imagen de un objeto a partir de fotones que no han interactuado con el objeto, pero que están enredados con fotones que sí lo han hecho. El artículo incluye una fotografía de la imagen, que es un recorte de cartón de un gato.

Si he entendido bien, la técnica es que

  1. un haz de fotones se divide, por ejemplo, a través de un espejo semisilverizado, dando lugar a dos haces, denominados A y B;
  2. en cada haz hay algún dispositivo que convierte cada fotón en dos fotones enredados. En este punto hay cuatro haces, llámalos A1, B1, A2 y B2.
  3. Los fotones del haz A1 interactúan con el gato de cartón
  4. Los fotones del haz A1 pueden interactuar con los fotones del haz B1 de alguna manera, y luego se descarta
  5. Los fotones de los haces B2 y A2 (ninguno de los cuales ha interactuado con un fotón que haya interactuado con el objeto) se combinan de alguna manera y se utilizan para producir la imagen.

El artículo habla de la utilización de fotones de muy baja energía para obtener una imagen de un objeto y de fotones de alta energía para obtener una imagen en una pantalla.

Sin embargo, al leerlo se me ocurrió lo siguiente: presumiblemente, como en todos los experimentos de este tipo, en principio no debería haber ninguna diferencia si cambiamos la longitud de las vigas. ¿Qué pasaría si mantenemos la longitud de los haces A2 y B2 cortos, pero hacemos los haces A1 y B1 muy largos, digamos unas cuantas horas luz?

En este experimento mental, el gato de cartón, junto con el dispositivo para combinar los fotones de los haces A1 y B1, está en Plutón, y el resto del equipo está en un laboratorio en la Tierra. Parece que debería funcionar igual de bien en este caso que con todo en el mismo laboratorio. Pero ahora vemos la imagen del gato cinco horas antes de que los fotones interactúen con él, y cambiando el gato por un objeto diferente, alguien en Plutón podría enviarnos un mensaje del futuro.

Es de suponer que esto no puede funcionar realmente, ya que sería posible construir una paradoja si lo hiciera. ¿Pero dónde está el problema? ¿He entendido mal algo del montaje (es muy posible, ya que lo he sacado de la noticia y no del artículo), o hay alguna razón fundamental por la que dejaría de funcionar si la longitud del haz A1/B1 fuera mucho mayor que la del A2/B2?

Esto parece similar a los experimentos de borrado cuántico de elección retardada. Sin embargo (si no recuerdo mal de haberlos investigado hace años) en esos experimentos hay que volver a combinar todos los haces para hacer la imagen al final, así que no hay forma de construir una paradoja. En este caso el artículo de Nature parece bastante claro que los fotones se tiran después de interactuar con el gato de cartón, y se produce la imagen sólo de los que no lo han hecho - esto parece ser una diferencia importante.

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Gil Milow Puntos 160

un artículo de Nature ( Los fotones entrelazados hacen una foto a partir de una paradoja, 27 de agosto de 2014)

La noticia hace referencia al artículo "Imágenes cuánticas con fotones no detectados", Gabriela Barreto Lemos y otros. & Anton Zeilinger, Naturaleza 512 , 409-412, (28 de agosto de 2014) .

Hay un artículo arxiv correspondiente (1401.4318) con las mismas cifras disponible.

una manera de formar una imagen de un objeto a partir de fotones que no han interactuado con el objeto, pero que están enredados con fotones que sí lo han hecho [...]

¿He entendido mal algo de la configuración [...] ?

Un elemento clave del esquema del experimento (es decir, la figura 1) es que los fotones que han interactuado con el objeto (marcados en rojo) se dirigen posteriormente a un cristal no lineal NL2 donde a su vez se origina un fotón (marcado en amarillo) que finalmente contribuye a formar la imagen.

(Yo diría que la descripción del artículo sobre "ciertos pares de fotones que se recombinan " es un poco engañoso en este punto; y aparentemente no se menciona la "recombinación" en el artículo de arxiv).

El esquema del experimento requiere que "un haz de luz efectivo" vaya, a través de varios elementos ópticos, desde el objeto hasta la "pantalla"; aunque haya diferentes fotones (marcados en rojo frente a los marcados en amarillo) que contribuyan a diferentes segmentos de ese "haz de luz efectivo".

En otras palabras: cualquier evento en el que "la imagen se hace en la pantalla" está dentro, o al menos en el futuro cono de luz del evento correspondiente en el "el objeto había sido iluminado".

Y este requisito se interpone en las implementaciones paradójicas.

En [otros] experimentos hay que combinar todos los haces de nuevo para hacer la imagen al final, así que no hay manera de construir una paradoja.

Para el experimento considerado aquí también es cierto que los dos pulsos de señal (amarillos) deben coincidir en el divisor de haz final (de combinación) BS2; después de que se hayan generado los correspondientes dos pulsos láser (verdes) (en coincidencia) en el divisor de haz BS1.

Pero aquí el paso por los cristales no lineales (NL1 y NL2) permite efectivamente la sustitución de fotones ("amarillo por rojo") a lo largo del camino. En consecuencia, la frecuencia de los fotones (rojos) que iluminan el objeto y la frecuencia de los fotones (amarillos) que hacen la imagen pueden ser diferentes entre sí; lo que puede utilizarse con ventaja "práctica/técnica".

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CuriousOne Puntos 8519

Creo que el experimento al que te refieres es un poco más inteligente de lo que describes. No es un "simple" experimento de imágenes de entrelazamiento cuántico, sino que en realidad utiliza cristales no lineales para cambiar las longitudes de onda de los fotones a lo largo de las dos trayectorias de luz. Esto elimina la explicación habitual, que los fotones a lo largo de ambos brazos del experimento no son distinguibles. Todavía no he podido leer el artículo real, pero basándome en el resumen, creo que los autores están malinterpretando el significado de su experimento al tratar sus divisores no lineales como objetos clásicos. En cambio, creo que hay que incluir el estado cuántico de los divisores en todo el estado cuántico del experimento. Esto significa que este experimento sólo funciona para los rayos que no superan el tiempo de coherencia de los divisores. En tu caso, el experimento fracasaría, si uno lo configurara con tiempos de luz de 5 horas, lo que excede en mucho el tiempo que los divisores pueden "recordar" los fotones a los que fueron expuestos.

Alternativamente, imagina el experimento aumentado con un fuerte láser de blanqueo en cada uno de estos divisores, que restablecería su estado cuántico mientras los fotones de la imagen real se mueven por ambos brazos del experimento. Blanquear cualquiera de los divisores no lineales sería similar a quitar un espejo de un experimento de entrelazamiento simple (de una sola longitud de onda), lo que destruiría también la imagen. En definitiva, es un experimento muy inteligente, pero realmente no nos dice nada sobre la QM que no supiéramos ya. A lo sumo nos desafía a analizar el sistema adecuadamente (incluyendo los estados de los átomos en los divisores, lo que no es necesario para el experimento similar con espejos ordinarios).

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