 |
(1) Ein parametrischer Konverter erzeugt
nacheinander Photonenzwillinge. Jeder Zwilling besteht -
klassisch gesprochen - aus zwei gleichzeitig
ausgesandten, entgegengesetzten Photonen (1')
und (2') [bzw., ein anderer,
aus (1) und (2)],
mit jeweils entgegengesetzt gleichen Impulsen. Von jedem
Photonenzwilling läuft ein Partner gegen einen einfachen
Doppelspalt. Fragestellung:
Ist es möglich durch Impulsmessung am Photon (2) bzw. (2') den Durchtrittsort des Photons (1) bzw. (1') durch den Doppelspalt zu erhalten und gleichzeitig das Interferenzbild von Photon (1) bzw. (1')? |
Zunächst ist die Fragestellung sehr suggestiv und die Antwort scheint selbstverständlich: Wenn der Detektor (2) Klick macht, müsste Teilchen (1) den oberen Weg gewählt haben. Andererseits sollte Teilchen (1) nichts davon "merken", dass Teilchen (2) registriert wurde, und so unbeeinflusst weiterhin eine Interferenzfigur erzeugen.
1. Interferenz erfordert, dass die Quelle genügend klein ist, und weil zugleich
2. die Quelle wegen der HUR genügend groß sein muss, damit die Impulsmessung am Photon (2) genügend genau ist.
Beides ist nicht gleichzeitig exakt erfüllbar. Wenn die Messung des Durchtrittsorts genauer sein soll (Quelle größer), dann verschwindet die Interferenz und umgekehrt.
Ein tieferer Grund für die verschwindende Interferenz bei großer Quelle ist, dass verschränkte Paare in dieser Anordnung nie ganz überlagert sind: Verschränkte Zustände bei - klassisch gesprochen - auseinanderlaufenden Teilchen haben Anteile links und rechts von der Quelle.
Wäre das dann so, als würde man einen einfachen Doppelspalt-Versuch mit den Teilchen (1) durchführen?
Das kann aber doch nicht sein! Allein die Möglichkeit (!) einer Messung des Durchtrittsorts verhindert die Interferenz; es ist gleichgültig, ob an Teilchen (2) tatsächlich gemessen wird oder nicht: Denn wenn Teilchen (1) bereits registriert ist, darf eine Ortsmessung an Teilchen (2) auch nichts an der Situation ändern. Das wäre wieder alte Situation wie in (1).
 |
a) Normalerweise nein: Denn, wenn die Quelle genügend
groß ist, könnte man im Prinzip Welcher-Weg-Information
für den Durchtrittsort durch den Doppelspalt erhalten,
z.B. erst später, wenn Interferenzfigur bereits längst
registriert ist. Das kann nicht sein.
b) Wenn aber die Welcher-Weg-Information verhindert wird, z.B.mit einem zweiten Doppelspalt für die Teilchen (2)? Weginformation wird dann vernichtet durch die Doppelspalt- Interferenz auch für Teilchen (2). Dann kann prinzipiell keine Welcher-Weg-Information gewonnen werden, und Interferenz für beide Teilchen scheint möglich. Sicher? |
Ja, aber ...
Nein, das Teilchen (1) kann das nicht "wissen"; also ist doch keine Interferenz möglich.
"Solange wir nicht darauf achten" (Zeilinger), was das Teilchen (2) macht, darf für Teilchen (1) keine Interferenz auftreten. (Es ist dann dem Teilchen (1) sozusagen "nicht bekannt", ob Teilchen (2) dazu verwendet wird, die Weginformation herauszuholen, oder ob diese Weginformation von Teilchen (2) vernichtet wird.)
Dann steht fest: Welcher-Weg-Information ist jetzt "vernichtet". In dem Moment, in dem das Teilchen (2) an einer bestimmten Stelle der Interferenzfigur hinter seinem Doppelspalt registriert wird, ist klar, dass keine Welcher-Weg-Information gesammelt wurde.
Im Prinzip sollte jetzt eine Interferenzfigur möglich sein.
Also wird der Trick vorgeschlagen:
Es wird eine "Koinzidenz-Messung" durchgeführt: Alle Teilchen (1) werden registriert, die zugleich mit einem Teilchen (2) für einen Detektor an einem bestimmten Ort in der Interferenzfigur erscheinen (setzt voraus, dass unterschiedliche Laufzeiten keine Rolle spielen). Durch die gleichzeitige Registrierung von Teilchen 1 und 2 ("Koinzidenz") wird gesichert, dass keine Weginformation vorhanden ist.
Für die Teilchenpaare, die genau gleichzeitig auftreten, entstehen jetzt Zwei-Teilchen-Interferenzen.
(Das hat etwas damit zu tun, dass die Zweiteilchen-Wellenfunktion Anteile links wie rechts von der Quelle hat, die sich beide für sich überlagern und einen Interferenzterm liefern müssen.)