Würzburger Quantenphysik- Konzept

V27 Der Berkeley-Quanten-Auslöscher

Verschränkte Zustände    MZI als Quanten-Auslöscher

Lehrtext/Inhalt    Glossar  Versuchsliste

Kwiat, Steinberg, Chiao 1992
Quanten-Auslöscher (1):

Zunächst handelt es sich um eine normale Anordnung zur Zwei-Teilchen-Interferenz (Photonenzwilling, Biphoton): Aus einem Konverter kommen zwei identische Photonen (mit gleicher Polarisation und Energie). Mit gleicher Wahrscheinlichkeit werden sie am Strahlteiler umgelenkt oder nicht. Den Strahlteiler verlassen zwei Strahlen, die die beiden Möglichkeiten überlagert enthalten. Es kommt zur Interferenz wegen der zwei klassisch denkbaren Möglichkeiten (oberer/unterer Weg vor dem Strahlteiler): Je nach den Abständen  - veränderbar durch Bewegung des Strahlteilers in Pfeilrichtung - findet der Koinzidenzzähler Maxima und Minima, Zeichen der Interferenz, aber nicht der üblichen Einteilchen-Interferenz.

Wenn die beiden Interferometer-Arme gleich lang sind, verschwinden die Koinzidenzen. Beide Photonen des Photonenzwillings erscheinen dann am gleichen Ausgang des Strahlteilers (vgl.  das Experiment nach Hong, Ou und Mandel)

(2) Das Verfahren, nur Koinzidenzen zu registrieren, garantiert, dass nicht etwa mit dem einen Detektor ein Interferenzmuster aufgenommen wird, während mit dem zweiten Detektor eine WWI abgeleitet wird. Das wäre z.B. möglich über die Zeitdifferenz des Ansprechens beider Detektoren bei unterschiedlich langen Abständen (S. Doppel-Doppelspalt). Wenn das möglich wäre, würde keine Interferenz zustande kommen: WWI und Interferenz sind zueinander komplementär.
Quanten-Auslöscher (3):

Stellt man einem der beiden Photonen einen Polarisations-Dreher in den Weg, der die Polarisationsrichtung um 900 dreht, so ist jetzt im Prinzip feststellbar, auf welchem Weg ein nachgewiesenes Photon in den Detektor gelangte: die Interferenz verschwindet.

Durch ein Polarisationsfilter (kurz: Polfilter) zwischen einem Detektor und dem Strahlteiler könnte man nämlich entscheiden, ob das Photon den oberen oder den unteren Weg realisiert hat. Bei Ansprechen des betreffenden Detektors muss nämlich das Photon die Polarisationsrichtung  des Polfilters und der Photonen auf dem jeweiligen Weg aus dem Konverter haben.

(Man könnte auch versuchen, so zu argumentieren: Die beiden sonst interferierenden Photonen unterscheiden sich jetzt durch die Polarisation und sind damit nicht mehr interferenzfähig. )

Quanten-Auslöscher (4):

Lässt man die Photonen jedoch hinter dem Strahlteiler durch gleich orientierte Polarisatoren vor den Dektoren laufen, wird die "Weg-Marke" wieder entfernt, beide Wege sind ununterscheidbar und es findet wieder Interferenz statt:

Der Experimentator entscheidet, ob er eine Frage nach dem Weg stellen oder ein Interferenzexperiment machen möchte: Information kann ausgelöscht und die Interferenz zurückgewonnen werden.

Der Experimentator kann seine Entscheidung u.U. sogar bis zu einem Zeitpunkt aufheben, zu dem die Photonen längst die Detektoren erreicht haben (Vgl. auch ein anderes Delayed-choice-Experiment):

Dazu werden die Polfilter vor den Detektoren durch polarisierende Strahlteiler ersetzt. Sie lenken unterschiedlich polarisierte Photonen zu unterschiedlichen Detektoren. Im Computer werden jetzt die Ankunftszeiten der Photonen und ihre jeweilige Polarisation registriert.

Wenn eine Frage nach der Interferenz gestellt werden soll, werden zur Auswertung die Ereignisse berücksichtigt, bei denen die Detektoren für gleich polarisierte Photonen in Koinzidenz ansprachen; dazu braucht man also die Ankunftszeiten. Das entspricht dem obigen Quantenauslöscher mit parallelen Polarisatoren. Es ergeben sich dann zwei verschobene Interferenzmuster.

Wertet man das Experiment aber so aus, dass - im Prinzip - Information über den Weg möglich ist, kommt keine Interferenzfigur zustande. Das geschieht dann, wenn man alle gleichzeitigen Photonen unabhängig von ihrer Polarisation berücksichtigt.

Der Ausgang des Experiments hängt davon ab, welche Frage der Experimentator stellt, und nicht davon, wie sich Photonen angeblich "verhalten" oder ob sie angeblichen "Wellen-" oder "Teilchencharakter" haben.

E 1. Welcher-Weg-Information verhindert Interferenz.

2. Löscht man die Welcher-Weg-Information unwiderruflich, kann die Interferenz zurückgewonnen werden. Das kann sogar dann noch geschehen, wenn die Photonen längst registriert sind.