El experimento del borrador cuántico es un experimento de interferencia que demuestra el entrelazamiento cuántico y el principio de complementariedad .
El experimento con un borrador cuántico en dos rendijas, descrito en este artículo, consta de tres etapas [1] :
El resultado principal del experimento es que no importa si el proceso de borrado se realizó antes o después de que los fotones alcanzaran la pantalla del detector [1] [2] .
La tecnología de borrado cuántico se puede utilizar para aumentar la resolución de los microscopios modernos [3] .
El experimento del borrador cuántico descrito en este artículo es una variación del experimento clásico de dos rendijas de Young , que establece que un fotón no puede interferir consigo mismo cuando el experimentador trata de determinar por qué rendija pasó el fotón. Cuando se somete una corriente de fotones a tal observación, no se observan las franjas de interferencia características de la experiencia de Young. El experimento del borrador cuántico es capaz de crear situaciones en las que un fotón que ha sido "marcado" para determinar por qué rendija pasó puede ser posteriormente "limpiado" de tal marca. Un fotón "marcado" no puede interferir consigo mismo y no producirá franjas de interferencia, pero un fotón que ha sido "marcado" y luego "limpiado" puede posteriormente interferir consigo mismo y contribuirá a la generación de franjas de interferencia similares a las obtenidas en el curso del experimento de Young [1] .
El experimento del borrador cuántico utiliza una configuración con dos secciones principales. Después de crear dos fotones entrelazados , cada uno de ellos va a su propia sección. Todas las acciones para determinar la trayectoria de uno de los fotones entrelazados (estudio en la sección con dos rendijas) afectarán al segundo fotón y viceversa. La ventaja de manipular un par de fotones entrelazados es que los experimentadores pueden destruir o restaurar el patrón de interferencia sin realizar cambios en la sección de la configuración que contiene la placa de doble rendija. Los experimentadores logran esto manipulando el fotón entrelazado, y dicha manipulación se puede realizar antes o después de que una de las partículas entrelazadas haya pasado a través de las ranuras y otros elementos de la configuración entre la fuente de fotones y la pantalla del detector. Es decir, en condiciones en las que la sección de doble rendija se haya ensamblado de tal manera que impida la manifestación del fenómeno de interferencia (debido a la presencia de información sobre el camino elegido por el fotón), se puede usar un borrador cuántico para en realidad borrar esta información. Al usar esta función, el experimentador restaura la interferencia sin realizar cambios en la sección de la configuración que contiene dos rendijas [1] .
Una versión de este experimento, el borrador cuántico de elección retardada , te permite tomar la decisión de guardar o destruir información sobre el camino elegido después de que una de las partículas entrelazadas (la que pasa a través de las rendijas) interfiere (o no interfiere) consigo mismo [4] . En tal experimento, los efectos cuánticos pueden imitar la influencia de acciones futuras en eventos del pasado. Sin embargo, el orden temporal de las mediciones en este caso no importa [5] .
Primero, el fotón pasa a través de un dispositivo óptico no lineal especial : un cristal de beta-borato de bario (BBO). Este cristal convierte un solo fotón en un par de fotones entrelazados de baja frecuencia, un proceso conocido como dispersión paramétrica espontánea . Estos fotones entrelazados siguen caminos diferentes: un fotón viaja directamente al detector, mientras que el segundo viaja a través de la placa de doble rendija al segundo detector. Ambos detectores están conectados a un circuito de coincidencia , lo que garantiza que solo se cuenten los fotones entrelazados. El motor paso a paso mueve el segundo detector a lo largo del área escaneada, formando un mapa de intensidad. Esta configuración produce el patrón de interferencia familiar.
A continuación, se coloca un polarizador circular frente a cada rendija en la placa de doble rendija , polarizando en el sentido de las agujas del reloj para la luz que pasa por una rendija y en el sentido contrario a las agujas del reloj para la luz que pasa por la otra rendija (ver Figura 1). Esta polarización se registra en el detector, "marcando" así los fotones y destruyendo el patrón de interferencia (ver las leyes de Fresnel-Arago ).
Finalmente, se coloca un polarizador lineal en el camino del primer fotón entrelazado del par, dándole una polarización diagonal (ver Fig. 2). El entrelazamiento garantiza una polarización diagonal adicional para el segundo fotón que pasa a través de la placa de doble rendija. Esto elimina el efecto de los polarizadores circulares: cada fotón producirá una mezcla de luz polarizada en sentido horario y antihorario. En consecuencia, el segundo detector ya no puede determinar qué ruta se eligió y se restablece el patrón de interferencia.
El experimento de la doble rendija con polarizadores circulares también se puede describir considerando la luz como una onda clásica [6] . Sin embargo, el experimento del borrador cuántico utiliza fotones entrelazados que no son compatibles con la mecánica clásica .