Квантовий ластик: Як спостереження змінює пам`ять про минулі події

Частинки та Хвилі

Для початку уявимо найбазовіший експеримент з двома щілинами проведений Томасом Юнгом ще у 1801 році.

Коли фотони посилають поодинці без спостереження на екрані поступово виникає інтерференційна картина. Це означає, що кожен фотон проходить через обидві щілини одночасно — поведінка, характерна для хвилі.

Якщо встановити детектор, щоб з’ясувати, через яку саме щілину пролетів фотон, інтерференційна картина зникає. На екрані залишаються лише дві смуги, як від звичайних частинок. Це означає, що акт спостереження змушує фотон поводитися як частинка.

Експеримент з «відкладеним вибором»

У 1978 Джон Арчибальд Вілер вигадав ускладнену версію експерименту. Він вирішив прослідкувати за фотоном вже після того, як фотон пройшов крізь щілини, але ще до того, як він досяг екрана.

За результатами тесту інтерференційна картина все одно зникає. Це створює парадокс: фотон нібито заздалегідь «знає», що за ним будуть підглядати. Тобто наше рішення в теперішньому начебто впливає на поведінку фотона у минулому.

Квантовий ластик: Стираємо інформацію

Сучасний експеримент від Марії Віоляріс що більше ускладнює дилему: а що станеться, якщо інформацію про шлях фотона спочатку записати, а потім «стерти»?

Ми наче і прослідкували за ним, але споглядачі все одно у кінці експерименту не будуть знати, яким шляхом він пройшов.

Це і є ідея експерименту «квантового ластика»:

1. Позначення шляху: Фотон «мітиться» через квантову заплутаність з іншою частинкою. Якщо фотон пройшов через ліву щілину, частинка-пам’ять переходить у стан X; якщо через праву — у стан Y.
2. Зникнення картини: Оскільки інформація про шлях фотона тепер існує (в частинці-пам’яті), на головному екрані інтерференційна картина відсутня, спостерігається лише розмита пляма.
3. Стирання інформації: Проводиться вимірювання над «частинкою-пам’яттю», яке безповоротно руйнує інформацію про її стан (А чи Б). Після цього неможливо дізнатися, через яку щілину пройшов її фотон-партнер.

Питання: Чи повертається інтерференційна картина на головному екрані?

Ні, сама по собі на екрані залишається розмита пляма.

Міняється не минуле, а пам’ять спостерігачів

Розгадка полягає в тому, що «стирання» інформації надає спостерігачеві новий інструмент — ключ до сортування даних.

Якщо відсортувати всі фотони:

• Результати X при їх об’єднанні утворюють чітку інтерференційну картину;
• Результат Y також при об’єднанні утворюють інтерференційну картину (зазвичай трохи зміщену).

Але, якщо ці дві картини накладаються одна на одну, вони взаємно знищуються, формуючи ту розмиту пляму, яку спостерігали спочатку.

Ключовий висновок:

Ми не змінюємо минуле. Фотон не подорожує назад у часі. Всі дані були на екрані з самого початку. Це означає, що експеримент не змінює те, що вже сталося з фотоном, але він змінює інформацію, доступну спостерігачеві.

Без «ключа» це все ще одна розмита пляма. Із ключами — це дві чіткі картини із проявленою інтерференцією.