Что не так с этим мысленным экспериментом со сверхсветовой скоростью?

Общеизвестно — и математически доказано — что квантовая запутанность не может использоваться для обхода релятивистского ограничения скорости и передачи информации быстрее скорости света. Итак, должно быть что-то не так со следующим мысленным экспериментом, но я не могу понять, что:

Пусть имеется устройство, которое (почти) одновременно создает множество запутанных когерентных пар фотонов и отправляет их Алисе и Бобу, причем каждый из них получает по одному фотону из каждой пары. Оба находятся далеко от источника света и поместили экраны в сильно сфокусированный световой пучок, так что они обнаруживают небольшую область света на экране.

Теперь Алиса хочет передать один бит информации Бобу. Если это 0, она ничего не делает. Если это 1, она помещает подходящую двухщелевую пластину на световой путь непосредственно перед прибытием сгустка фотонов. Это создаст интерференционную картину на ее экране, а запутанность мгновенно воспроизведет траектории фотонов и такую ​​картину на экране Боба. Поэтому, если он видит интерференционную картину вместо точки, он знает, что это 1, и наоборот.

Конечно, экран Боба не будет отображать точную копию того, что видит Алиса: на него будет наложен шум, например, от фотонов, которые отразились от двухщелевой пластины Алисы или декогерентировались в результате взаимодействия с окружающей средой. В худшем случае статистическая случайность может создать шаблон из 0-бита, который выглядит как результат интерференции. Но мы можем оптимизировать соотношение сигнал/шум с помощью экспериментальной установки, и, кроме того, любой реальный канал связи подвержен частичной потере информации (которая должна быть компенсирована коррекцией ошибок).

Так что похоже, что этот эксперимент передает информацию быстрее, чем свет. Что я пропустил?

Это действительно похоже на ветку «Эксперименты типа ЭПР и связь со скоростью, превышающей скорость света, с использованием интерференционных эффектов в качестве сигнального механизма», которая, к сожалению, имела недостатки как в вопросе, так и в окончательном самоответе. Поэтому я даю ему новый шанс.
Но почему Боб увидел интерференционную картину? Тот факт, что частицы запутались, не означает, что интерференционный эксперимент повторяется на стороне Боба. Он все еще должен решить, ставить двойную щель или нет.
@Raskolnikov Я думаю, что это ответ.
Я думаю, ваше замешательство связано с тем, что вы, кажется, думаете, что «вмешательство» — это квантовое состояние. Это не так. Интерференция — это то, что происходит, когда мы проводим измерение, несовместимое с измеряемым состоянием.
Я взял это утверждение из статьи Юн-Хо Кима и Ю. Х. Ши о серии экспериментов с «отложенным выбором» в Optics Communication 179 (2000), стр. 359, а также из какой-то другой статьи, которую я не помню. Ким/Ши говорят, что даже если щель будет удалена из второго плеча эксперимента, детектор все равно будет показывать что-то, что они называют «фантомным изображением», вызванным щелью в первом плече из-за информации о положении, которая воспроизводится. через запутанность.
Просто для протокола: то, что я упомянул как «другую статью», на самом деле было статьей в Википедии о «квантовом ластике с отложенным выбором» Кима/Ши, в которой утверждалось, что двойная щель в одной руке вызовет интерференционную картину в другой. Это было недавно исправлено, т.е. удалено из статьи WP, но все еще может быть в некоторых копиях.
Вы должны включить последние два комментария в тело поста.

Ответы (3)

Ваша ошибка, по-видимому, заключается в неправильном представлении о том, что запутанность волшебным образом сделает результаты любого эксперимента с фотоном B в точности имитирующими результаты аналогичного эксперимента, проведенного с его запутанным партнером. Запутанность более тонкая, и с ней нужно обращаться осторожно.

В частности, существует множество различных типов запутанности. Например, фотоны могут быть запутаны в своей поляризации (т.е. они оба Икс -поляризованный или оба у -поляризованные), или на своем пути (они оба идут по правой «полосе» или обе по левой «полосе» двухканального волновода), или в более сложных степенях свободы, таких как их пространственный профиль. Однако в основном они должны быть запутаны в некоторой степени свободы, которая может иметь более одного возможного состояния.

В примере Ким и Ши фотоны запутаны в своем импульсе: если Алиса измеряет свой фотон, чтобы иметь импульс п , Боб всегда будет измерять противоположное. Однако эта запутанность проявляется только в корреляционных экспериментах, где они одновременно измеряют импульс и наблюдают коррелированные результаты. Этот факт с самого начала становится очевидным благодаря ссылке Кима и Ши на «изображение-призрак» .

Если Алиса поместит перед своими фотонами двойную щель, а Боб нет, то Алиса увидит интерференцию, а Боб нет, поскольку в линии луча Боба нет ничего, что могло бы вызвать интерференцию; это так просто. Фактически, в этой установке их измерения не обнаружат никаких корреляций, которые указывали бы на запутанность, поскольку они измеряют сопряженные наблюдаемые.

Спасибо за подробное объяснение, которое также опровергает аналогичную идею сверхсветовой связи, основанную на измерении импульса, которую я нашел в другом месте. Итак, я неправильно понял пример Кима и Ши, потому что упустил из виду необходимость корреляции и не полностью понял механизм запутанности.
Не беспокойся. Честно говоря, мне тоже было тяжело работать с этой бумагой; Я не думаю, что это особенно ясно написано.

Ваше предложение очень похоже на предложение Джона Крамера и Рэймонда Дженсена (основанное на эксперименте Допфера: см. тезис Допфера 1998 года под руководством А. Цайлингера). Основная точка зрения состоит в том, что это не должно работать. Тем не менее, доказательство этого вывода, вероятно, является очень техническим, кажется, что его нелегко найти, и оно не может опираться на манипулятивное обращение к теореме об отсутствии сигналов.

Взгляните, например, на Почему в эксперименте ЭПР Допфера требуется подсчет совпадений?

Ошибка в вашем аргументе заключается в том, что утверждение «запутанность мгновенно воспроизведет пути фотонов и такой узор на экране Боба [так в оригинале]» неверно.

Статистика результатов измерения любого эксперимента, проведенного на одной подсистеме максимально запутанной пары, не зависит от того, что происходит с другой подсистемой.

В вашем случае, с точки зрения Боба, если Алиса поставит двойную щель, она не сможет вызвать ничего, что она могла бы наблюдать на своем фотоне, чего иначе не произошло бы. Формально это связано с тем, что матрица плотности, описывающая систему Боба, остается неизменной, несмотря на вмешательство Алисы в ее фотон. Запутанность может привести к корреляции между результатами обеих подсистем, но не к какому-либо изменению в статистике отдельных результатов, которое может быть обнаружено для передачи информации.