Entanglement – Niels Bohr Institutet - Københavns Universitet

22. maj 2010

Entanglement

Hej Spørg om Fysik
Jeg fik en lys ide - føler jeg - og fandt på et teoretisk eksperiment, der skulle kunne visualisere effekten af entanglement - til glæde for sådan nogle som mig, der helst skal have det med billeder.

Mit spørgsmål er: Er det en lys ide? - Altså har jeg forstået teorien rimelig korrekt så eksperimentet burde virker i teorien?

Med venlig hilsen
UC

Eksperiment der visuelt illustrerer entanglement / (sammenbundethed).

Spørgsmål:

a) Virker dette i teorien?
b) Er det allerede udført?

Ideen er at kombinere det klassiske forsøg med en stråledeler - se illustrationen - med 'entanglede / sammenbundne' fotoner

Jeg går ud fra at man ved at stille på spejlene - eller bruge flere - kan få et tydeligt interferensmønster frem.

Sammenbundne fotoner - Alice og Bob - sendes i hver sin retning.

Det udnyttes at de sammenbundne fotoner kan produceres som cirkulært polariserede, der samtidig (som en slags overlejrede bølger) cirkler både højre og venstre om indtil en måling 'fanger' en af fotonerne i en bestemt retning. Et passende polarisationsfilter burde derfor kunne virke som stråledeler.

Bob - flyver 'mod højre' ind i en sådan stråledeler, der sender ca. '50% af ubestemte Bob' hver vej med interferens til følge.

[Spreder de sammenbundne fotoner sig over en del frekvenser er det muligvis nødvendigt at indsætte et frekvens-filter (før polarisationsfiltret C eller efter C - det burde vel bare kunne være noget farvet glas?), så bølgelængden er nogenlunde ens, for at få et tydeligt interferensmønster ved D i løbet af nogen tid.]


Indsættes nu filtret ved E - med detektor(er) - bestemmes om Alice er højre eller venstredrejet.

Når Alice er målt er grundet sammenbundetheden også Bob bestemt. Dette kan ske inden Bob når til C.

Den ene af de to veje er nu lukket for Bob og der skulle derfor ikke længere opstå et interferens-mønster!

 


Kære UC

Grundtanken i din idee er helt korrekt. Faktisk er dette måden man i flere eksperimenter har illusteret, undersøgt og udnytte kvantefænomenet entanglement.

Sendes en enkelt foton ind i din interferensopstilling (nøje opstillet til at producere interferensmønster ved udgangsbeamsplitteren) er der 50 % chance for at den detekteres ved udgang A (lad os sige ned) og 50 % chance for at den måles ved B (vandret retning). I interferenseksperimentet opstår altså en foton tilstand der er entanglet. Dette er udført i flere forskellige eksperimentelle opstillinger med forskellige typer lyskilder.  

En af de måske mest spetakulære forsøg blev udført i 1986 i Paris af Grangier et al., Europhys. Lett. 1 173 (1986). De udnyttede at nogle Jord-alkali-atomer henfalder i kaskader så man for hvert anslåede atom får to fotoner med hver deres farve.  Den en foton benyttes som trigger af eksperimentet, den anden som enkelt fotonen. Hvis man udfører eksperimenter med to fotoner der rammer en 50/50 % beamsplitter samtidigt kan man også se interferens. Her vil de to fotoner faktisk vælge at følges ad. Dette skyldes at fotoner er bosoner der gerne vil klumpe sig sammen i modsætning til fermioner (som f.eks elektroner) der ikke vil klumpe sig sammen.

Forsøg med kan man se Hong, C. K., Z. Y. Ou, and L. Mandel, 1987, Phys. Rev. Lett. 59, 2044.

Bedste hilsner
Jan W Thomsen, lektor