光子的波/标记波，量子擦除器
在马赫-曾德干涉仪中，光束被一个 50% 的镜子分成两束（红色和蓝色）。这两束光都被一面镜子反射并互相交叉。最后，每束光都以一个单独的探测器结束。在 (1) 中，每个探测器都可以探测来自红色或蓝色路径的光子，并且没有测量到干涉。在 (2) 中，第二个分束器混合了红色和蓝色的光束。现在，两个探测器都显示出干涉，但无法探测光子是否遵循了红色或蓝色的路径。
在经典的波描述中，光子的波被 50% 的镜子分成两部分。在 (1) 中，每个探测器只看到一个波，因此没有与另一个波发生干涉。在 (2) 中，两个波被混合，因此每个探测器都看到了两个波，导致干涉。
高强度激光通过维基百科：β-硼酸钡晶体 (BBO) 的“红色”和“蓝色”部分辐射，该晶体偶尔会产生两个纠缠的光子，能量是激光光子的一半。这些光子通过维基百科：格兰-汤普森棱镜走两条路径。其中一个光子，即“信号”光子，向上穿过透镜到达目标探测器 D0。另一个光子，即“闲置”光子，向下移动，并被棱镜偏转，将它沿着不同的路径发送，具体取决于它来自 BBO 的红色区域还是蓝色区域。在每条路径之外，一个 50% 的镜子充当维基百科：分束器（绿色块），导致 50% 的几率通过，50% 的几率反射到探测器 D3 或 D4。通过的光子被 100% 的镜子（灰绿色块）反射到探测器 D1 或 D2。在两束光束交叉的地方，放置了一个 50% 的镜子，它混合了这两束光束。由于这种排列，如果光子在探测器 D3（或 D4）处被记录，它只能是蓝色（或红色）光子。如果光子在探测器 D1 或 D2 处被记录，它可以是红色或蓝色光子。一个符合计数器从 D0 中只选择与选定其他探测器同时发生的事件。这包括 8 ns 的延迟，以补偿到其他探测器的 2.5 米更长的路径。结果是
- 当统计与 D3 或 D4 同时发生的事件时，没有干涉。
- 当统计与 D1 或 D2 同时发生的事件时，出现了干涉图样。
在经典的波物理学中，一组光子是在 BBO 的红色或蓝色区域发射的，而不是同时在两个区域都发射。这样一来，就只会有一个波，它会与 D3 或 D4 干涉。但是，与 D1 或 D2 的干涉无法用经典解释，因为没有两个波。
在这个实验中，两个波被不同地（垂直地）偏振。然后，没有可见的干涉图样。探测器前方的偏振器，其轴线与其他偏振器成 45° 角，消除了这些信息，导致干涉图样重新出现。
在经典上，这种效应被称为菲涅耳和阿拉戈定律，它指出垂直偏振不会发生干涉。45° 偏振器迫使两个垂直偏振成为平行偏振，从而可以发生干涉。同样，经典的计算也得到了相同的结果。
一个 β-硼酸钡 (BBO) 晶体，被强激光照射，会偶尔产生两个纠缠光子。一个光子（黄色）通过双缝到达信号探测器 Ds，在每条路径中旋转偏振器 Q1 或 Q2。Q1 和 Q2 的轴线垂直，产生相反的旋转偏振。另一个光子（绿色）到达探测器 Dp，路径上有一个线性偏振器立方体 POL。只记录 Ds 中与 Dp 中的光子同时发生的那些光子。Dp 位于比 Ds 更靠近 BBO 的地方，因此光子首先被 Dp 探测到。结果是
- 没有 Q1/Q2 和 POL，Ds 中出现了干涉图样
- 有 Q1/Q2，没有干涉。
- 有 Q1/Q2 和 POL，调整到 Q1 快轴，出现了干涉。
- 有 Q1/Q2 和 POL，调整到 Q2 快轴，出现了干涉，但与 3 相比，它相移了 180º。
- 1-4 其中 Dp 比 Ds 距离更远，得到了相同的结果。这被称为延迟擦除器，因为 Dp 中的光子比 Ds 中的光子更晚被探测到
在经典的波描述中，Q1 和 Q2 是四分之一波片，它们有一个垂直的“快”轴和“慢”轴。慢轴相对于快轴有一个 π/2 的相位延迟。Q1 和 Q2 互相垂直安装。在设置 2 中，入射光子具有随机偏振（显示为红色），可以分解成两个波，平行（绿色）和垂直（蓝色）于波片的光轴（参见图）。根据轴线，x 或 y 上的波被延迟 π/2。在探测器处，x 和 y 矢量发生干涉（叠加），可以合成一个矢量。计算表明概率为
P = 0.5 - 0.5cos2αsinφ
- A: 如果 α = 0（入射偏振平行于 Q1 的快轴），则 P = 0.5 - 0.5sinφ
- B: 如果 α = π/2（入射偏振平行于 Q2 的快轴），则 P = 0.5 + 0.5sinφ
- C: 如果 α = 随机，则将 α 从 0 积分到 2π 并归一化，得到 P = 1。这当然与 A + B 相同：P = 0.5 - 0.5sinφ + 0.5 + 0.5sinφ = 1
如果入射偏振平行于波片的快轴，则在探测器上可见 φ 干涉图样。A 和 B 之间存在 π 的相位差。如果 α 是随机的，则没有 φ 图样。C 可以解释为没有干涉图样或为两个干涉图样 A 和 B 的总和，它们具有 π 的相位差，当加在一起时不会显示出图样。根据经典规则，两种解释都是正确的。沃尔本的文章也提到设置 2 的结果是设置 3 和 4 的总和。
在实验中，入射光子是 BBO 的信号光子。在设置 2 中，偏振是随机的，因此测量结果如上文 C 所示。BBO 发射一对具有互相垂直偏振的纠缠光子对。根据文章，在设置 3 中，POL 设置为 Q1 的快轴的角度。因此，通过的闲置光子必须有一个信号光子，其偏振与之垂直，因此平行于 Q2 的快轴。这些光子将根据 B 显示出界面图样，这与测量结果一致。在设置 3 中，POL 旋转了 π/2，这得到了 A 的结果。换句话说，Dp 只探测到那些信号光子偏振平行于 Q1 或 Q2 的闲置光子，它们根据 A 或 B 显示出干涉图样。Dp 通过与 Ds 输出的符合来选择这些光子。
在上述公式中，闲置光子在 Dp 中被探测到的时间并不重要（只要使用延迟来补偿路径长度差）。“延迟”效应在经典的波解释中是，POL 决定信号波的偏振在Q1/Q2之前，尽管 POL 的位置比 Q1/Q2 距离 BBO 更远。
惠勒延迟选择实验 是一种思想实验，其中光子穿过双缝后，检测器类型（粒子或波）是在 *之后* 改变的。 [2] 在第二个版本中，尺度被放大到天文尺度：光子起源于一颗恒星，其路径被一颗介入的星系弯曲，因此它可以通过两条不同的路径到达地球上的探测器 图像。探测器可以是一个屏幕（作为波探测器）或两个望远镜，每个望远镜都聚焦在黑洞的任一侧。在两种版本中，惠勒都预计屏幕将测量干涉图案，而两个望远镜将只在一个望远镜中观察到光子，而没有干涉。如果两个望远镜的输出 *光学* 结合起来，干涉图案将恢复，但会丢失光子路径的信息。
这个结果符合经典波：干涉是由检测时两个波的叠加引起的。如果望远镜指向一个波，那么就不会有干涉。如果两个望远镜光学结合，就会再次出现两个波，它们会发生干涉。该实验表明，光子始终保持完整的波和粒子性质，直到它们在吸收过程中结合在一起。 [3] 第一个版本已被雅克等人使用 马赫-曾德尔干涉仪 在实践中得到证实。天文版本尚未完成，在实践中可能太难了，因为对于干涉图案，光子在经过如此长时间后到达地球时必须是相干的。
- ↑ S.P. Walborn (2002). "双缝量子橡皮擦". 物理评论 A. 65 (3): 033818. doi:10.1103/PhysRevA.65.033818.
{{cite journal}}: 未知参数|coauthors=被忽略 (|author=建议) (帮助) - ↑ 量子理论的数学基础，A.R. Marlow 编，学术出版社，1978 年。
- ↑ 宇宙的结构，布莱恩·格林著，2009 年，第七章