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量子擦除實驗

Wikipedia · 2025-12-02 维基百科 👁 1 阅读

量子擦除实验（）在量子力學裏是一種干涉儀實驗，它可以用來演示量子糾纏、量子互補等基本理論。本條目所論述的量子擦除實驗使用雙縫干涉儀來製成干涉圖樣，這實驗有三個步驟：

照射光子束於雙縫干涉儀，然後確認在探測屏出現了干涉圖樣。

觀察光子通過的是哪條狹縫，在觀察時，必須小心翼翼地不過度攪擾光子的運動，然後，證實顯示於探測屏的干涉圖樣已被消毀。這步驟演示出，干涉圖樣是因為「路徑信息」（which way information）的存在而被消毀。

#通過特別程序，可以將路徑信息擦除，但也可重新得到干涉圖樣。另外，證實不論擦除過程的完成時間是在光子被探測之前或之後，都會被重新得到干涉圖樣。

在干涉儀實驗裏，干涉圖樣的可視性與路徑信息是兩個互補變量，根據互補原理，假若越能分辨路徑信息，則干涉圖樣可視性越低，假若干涉圖樣可視性越高，則越無法分辨路徑信息。這好似无法同时看到硬币的两面。。後來，物理學者又設計出很多種不同的量子擦除實驗。

量子擦除技术可以用來提升顯微鏡的分辨率。

概述
裏，從光源 a 發射出來的相干光子束，照射在一塊刻有兩條狹縫 b 和 c 的不透明擋版 S2 。在擋版的後面，擺設了攝影膠捲或某種探測屏 F ，用來紀錄到達 F 的任何位置 d 的光波數據。最右邊黑白相間的條紋，顯示出光束在探測屏 F 的干涉圖樣。]]
裏，光子被探測到的相對頻率曲線圖：豎坐標為相對頻率，橫坐標為光子位置與中心軸的夾角角度。]]

本條目所論述的雙縫量子擦除实验是杨氏双缝实验的一種变版。假設在杨氏双缝实验裏，觀測光子到底穿过的是哪条狹縫，則光子會因此無法與自己相互干涉。假設整個光束的每一个光子都像这样被觀測所通过的狹縫，則先前在探測屏顯示出的杨氏双缝实验干涉图案會被消毀。這意味著路徑信息與干涉圖樣可視性是彼此互補的變量。原先，物理學者認為，根據海森堡不確定性原理，在蒐集路徑信息時，不可避免地攪擾了光子的運動，連帶使得干涉圖樣也被洗掉了。後來，物理學者又證實，光子與探測路徑儀器（標記器）之間的量子糾纏也會造成干涉圖樣被洗掉，完全不需引用海森堡不確定性原理的機制。這實驗結果引出一個特別深奧的問題：互補原理是否比不確定性原理更為基礎？

实验步骤
本实验共分為三个阶段。

第一阶段
應用自發參量下轉換機制，照射光子束於偏硼酸鋇晶體（beta-barium borate crystal，一種非線性晶體），可以製成很多纠缠光子对，每個纠缠光子对的兩個光子各自具有的能量為先前的一半，它們的偏振彼此相互垂直。假若一個是橫偏振，則另一個是豎偏振；假若一個是豎偏振，則另一個是橫偏振。它們會分別沿著不同路徑移動於相隔一段距離的兩個區域。在第一個區域，光子Fp會直接被探測器Dp吸收。在第二個區域，光子Fs會通過雙狹縫，抵達第二個探測器Ds。假若將偏硼酸鋇晶體的入射光子束光強降低到足夠暗淡，則可確保光子是以一個一個的方式通過雙狹縫。為了只檢試糾纏光子對，將兩個探測器Dp、Ds跟符合電路（coincidence circuit）連結在一起。用步進馬達來移動探測器Ds，按照指令掃描標靶，所收集到的數據可以製成楊式雙縫實驗的標準干涉圖樣，或描述這干涉圖樣的符合計數曲線圖。在實驗方面，將兩個探測器獲得的數據輸入給符合電路匹配之後，在探測屏會顯示出干涉圖樣。總結，實驗測得的結果符合量子力學預測，不論先後次序為何，結果都一樣。

註釋
参考文獻
外部链接

** [http://www.sciam.com/slideshow.cfm?id=a-do-it-yourself-quantum-eraser but here ] they let you see the images for free.

参閱

  • 莫特問題
  • 惠勒延遲選擇實驗
  • 伊利澤-威德曼炸彈測試問題
#物理学实验 #量子测量

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