Что не так с этим экспериментом, показывающим, что либо сверхсветовая связь возможна, либо комплементарность не работает?

На этой странице есть хорошее простое резюме эксперимента, они представляют следующую простую схему квантового ластика с отложенным выбором (такую ​​же, как на рисунке 1 в оригинальной статье Кима и др.):

В этом случае, если запутанный «холостой фотон» будет обнаружен Алисой в D3 или D4, то она будет знать, прошел ли «сигнальный фотон» через щель A или щель B, но если холостой фотон обнаружен в D1 или D2, то Информация о пути для сигнального фотона «стерта». Алиса могла бы свободно заменить светоделители BSA и BSB зеркалами, чтобы убедиться, что все холостые фотоны направлены на средний светоделитель BS, гарантируя, что все они окажутся в D1 или D2, а их информация о пути будет стерта. Она также могла бы просто удалить BSA и BSB, чтобы все бездельники оказались в D3 и D4, и ни у кого из них не была стерта информация о выборе пути. И для достаточно большой установки она в принципе может сделать любой выбор послеБоб уже наблюдал структуру сигнальных фотонов, которые прошли через двойную щель и были обнаружены в D0 (предполагается, что положение D0 будет варьироваться, чтобы увидеть, сколько сигнальных фотонов он регистрирует в разных положениях, но не стесняйтесь заменить D0 на более традиционный «экран» за двойной щелью, если это проясняет ситуацию, дело в том, что именно здесь вы ожидаете увидеть либо интерференционную, либо неинтерференционную картину, в зависимости от того, знаете ли вы, через какую щель прошел сигнальный фотон. ).

Ключ к тому, почему это не допускает сверхсветовой передачи или передачи сигналов назад во времени, заключается в том, что Боб никогда не видит никакой интерференционной картины в общей картине сигнальных фотонов, проходящих через щели, он может увидеть интерференционную картину, только если он смотрит на подмножество _сигнальных фотонов, которые, как он знает, были запутаны с фотонами, оказавшимися на одном из двух детекторов стирания пути D1 или D2. Если вы нарисуете то, что в оригинальной статье называется «совместным обнаружением» сигнальных фотонов с холостыми фотонами, которые все попали в D1, вы увидите интерференционную картину. интерференционная картина. Но даже если Алиса позаботится о том, чтобы все бездельники попали в D1 или D2, заменив BSA и BSB зеркалами, общий набор сигнальных фотонов, который Боб увидит в D0, будет суммойсигнальных фотонов, запутанных с бездельниками, которые заканчиваются в D1, и сигнальных фотонов, запутанных с бездельниками, которые заканчиваются в D2, и сумма двух паттернов «совместного обнаружения» на самом деле не является интерференционной картиной, потому что пики интерференционной картины D1 совпадают с впадинами интерференционной картины D2 и наоборот. Это показано на другой диаграмме со страницы, на которую я ссылался ранее:

Вы также можете увидеть это на графике интерференционных картин R01 и R02 на странице википедии:

Оригинальная статья Kim et al. отмечает этот вопрос на с. 2, говоря: «Ясно, что мы наблюдали стандартную двухщелевую интерференционную картину Юнга.$\pi$фазовый сдвиг между двумя интерференционными полосами».

Таким образом, независимо от того, что делает Алиса, Боб никогда не увидит интерференционную картину, если он просто смотрит на общую картину сигнальных фотонов, прибывающих в D0, только после того, как он связался с Алисой и узнал, какие бездельники пошли к каким детекторам, он может смотреть на определенные подмножества. сигнальных фотонов, все холостые фотоны которых направились к определенному детектору, и увидеть интерференционную картину, если этот детектор D1 или D2.

Если я правильно понимаю, Алиса и Боб генерируют запутанную пару фотонов и каждый забирает по одному. Алиса что-то делает со своим (вы указали эксперимент с квантовым ластиком в определенное время, но я не буду делать такое предположение), в то время как Боб проводит со своим стандартный эксперимент с двумя щелями.

Небольшой момент здесь заключается в том, что с одним фотоном вы никогда не получите интерференционных полос, только точку, но они могут обойти это, повторяя эксперимент много раз, когда Алиса пытается каждый раз отправлять одну и ту же информацию, пока не будет построен шаблон. на экране Боба.

Результат этого эксперимента зависит от того, сможет ли любое измерение фотона Алисы показать, через какую щель прошел фотон Боба. (Более точное описание экспериментальной установки разрешило бы этот вопрос.) Если это возможно, то Боб не увидит интерференционную картину, что бы ни делала Алиса. Это связано с тем, что для исчезновения интерференционной картины необходимо только, чтобы информация о том, какой путь была записана где-то и в принципе была доступна для измерения; не имеет значения, происходит ли измерение на самом деле.

Если нет, то Боб увидит интерференционную картину, что бы ни делала Алиса, потому что любое измерение, которое могла бы выполнить Алиса, не приведет к коллапсу части волновой функции, относящейся к двум щелям. Коллапс — это не все или ничего; коллапсирует только часть волновой функции, связанная с измеряемой величиной.

Эти два случая на самом деле являются двумя концами континуума; если измерения фотона Алисы могут дать частичную информацию о пути, то Боб увидит образец, промежуточный между полностью интерферирующими и не интерферирующими шаблонами. Но закономерность ни в коем случае не зависит от того, что Алиса на самом деле делает со своим фотоном, а только от того, что он может ей в принципе сказать.

В статье «Эксперимент с двумя щелями с временным разрешением с запутанными фотонами» (упомянутый в вашем ответе), хотя текст на рис. 4 говорит: «Полосы интерференционной картины перемещаются, поскольку фаза удаленно изменяется с помощью QWP», кажется, что они говорят о полосах, которые появляются только после постселекции с помощью D1 или D2, как в обычной установке квантового ластика. Обратите внимание, что полосы на рис. 4 (B/D) помечены как «объявленные D1/D2», а на рис. 4 (A) показана полная огибающая обнаружения без полос.

Я только прочитал реферат статьи, упомянутой в вашем вопросе, но в нем только утверждается нарушение принципа дополнительности. В отличие от принципа неопределенности принцип дополнительности не является основополагающим принципом квантовой механики и никогда не имел стандартной математической формулировки. Если конкретная попытка формализовать окажется ошибочной, это не проблема для квантовой механики.