Причинное объяснение эксперимента группы Вайдмана «Спрашивая фотоны, где они были»?

Это правильное понимание этого эксперимента - можно ли его объяснить без обратного распространения?

Ответ на этот вопрос определенно да . Действительно, авторы предоставляют этот анализ в дополнительных материалах (1) (требуется доступ в формате pdf с доступом к журналу).

Поле на детекторе для приведенной выше первой установки имеет следующий вид:

Из этой формы не очень ясно, какие пики будут иметь место в каждой ситуации, и в этом отношении TSVF действительно кажется полезным в этом случае. Однако можно сделать несколько выводов:

1. Две вторые амплитуды, которые в картине типа интеграла по путям предположительно соответствовали бы двум путям, проходящим через меньший интерферометр, в общем случае не компенсируются. Так что утверждение о том, что интерферометр находится в деструктивной интерференционной обстановке, представляется не совсем верным. По сути, разные частоты$f_A$и$f_B$предотвратить их отмену на все времена.

2. В результате я предполагаю, что в принципе всегда должна быть какая-то мощность на$f_A$и$f_B$, они просто очень сильно уменьшаются (интересно было бы понять, насколько именно) при перекрытии луча вдоль зеркала С. Если это не так, то из-за этих членов должна быть спектральная мощность в другом месте, поскольку они вызывают движущееся электрическое поле.

Поэтому мое подозрение (пока еще не подтвержденное) состоит в том, что этот эксперимент можно рассматривать как измерение слабой модуляции либо поверх сильного луча, либо отдельно. В первом случае вы получаете поле вида$\epsilon \cos{\omega_{mod} t} + \cos{\omega_c t}$, а во втором случае у вас есть только$\epsilon \cos{\omega_{mod} t}$. Когда вы возводите их в квадрат, чтобы получить мощность, модуляция сама по себе имеет силу порядка.$\epsilon^2$, но при наложении на сильный луч вы получаете интерференционные условия порядка$\epsilon$. Другими словами, эффекты от слабой модуляции можно сделать сколь угодно большими, чем сама модуляция, путем интерферирования с сильным лучом.

Конечно, это звучит не так захватывающе, как язык, который авторы используют в основном тексте для описания того, что они видят. Это хорошая иллюстрация чувства, которое я испытываю ко многим такого рода статьям: они утверждают, что демонстрируют какой-то новый яркий эффект, который действительно объясняет данные, но затем, погружаясь в текст или дополнительный материал, они также признают, что есть гораздо более приземленная эквивалентная картинка.

(Добавлено примечание: перечитывая статью, я вижу, что они немного упоминают эту перспективу в конце и говорят, что «эффект возникает из-за крошечной утечки света во внутреннем интерферометре», поддерживая высказанное выше подозрение. Поэтому я не могу винить авторов в прозрачности, но лично я нахожу некоторые философские рассуждения слишком уж подходящими для классической интерференции волн.)

Очень деликатно говорить о «правильном понимании» такого эксперимента. Что более важно, так это то, как развить интуицию. Авторы здесь предполагают, что формализм вектора с двумя состояниями интуитивно более полезен, чем представление, основанное на траектории.

Здесь нет ничего нового в том смысле, что мы знаем, что квантовые объекты, такие как элементарные частицы, не имеют траекторий. Это часто сводится к концепциям, подразумевающим, что «мы можем / не знаем, какова действительная траектория», что отчасти подразумевается здесь названием статьи, «спрашивая фотоны, где они были», что убедительно предполагает, что они где-то были; но в квантовой механике нет контрфактуальности: нет ответа на незаданный вопрос.

Вопросы, заданные в этом эксперименте, не касаются траекторий. Они о том, что фотоны «видят» из общей установки. В этом отношении он аналогичен испытателю бомбы Элицура-Вайдмана или даже эффекту Ааронова-Бома. Они показывают, что квантовая система обладает своего рода нелокальным пониманием общей установки, частью которой она является.

Формализм вектора с двумя состояниями серьезно относится к нелокальности в том смысле, что он не различает прошлые и будущие граничные условия. В этом дух интеграла по путям, который представляет собой панорамный вид квантовой системы с высоты птичьего полета, который не пытается описать ее эволюцию момент за моментом, а занимается только вычислением вероятностей «наблюдаемых конечных точек» его поведение, так сказать.

Таким образом, имеет смысл, что, когда интересующая нас информация разбросана по разным частям системы (здесь — зеркала), у нас есть лучшая интуиция, использующая структуру, явно отказывающуюся от ненаблюдаемой непрерывности, чем с другим ментальным представлением, которое предполагает наличие смысл в траекториях.