Микаева Е.В.

Экспериментальное подтверждение эвереттического эффекта Элицура-Вайдмана

В 1993 г. А. Элицур и Л. Вайдман сформулировали парадоксальную задачу – при помощи оптических средств обнаружить бомбу, взрывающуюся от взаимодействия с единственным квантом света [1]. В 1994 г. группа физиков в составе П. Квята, Х. Вейнфуртена, Т.Герцога, А. Цайлингера и М. Касевича сумела экспериментально доказать осуществимость этой задачи [2,3].
Сегодня эта методика носит название «бесконтактные измерения Элицура-Вайдмана» (БИЭВ).
Технические подробности эксперимента:
Эксперимент был осуществлен на установке, состоящей из источника одиночных фотонов и измерительного контура, представлявшего собой модифицированный интерферометр Маха-Цендера. Эффективность успешного определения («бомба» выявлялась без ее взрыва) в предложенной Элицуром и Вайдманом схеме равнялась 25%.
Источником одиночных фотонов являлся специальный нелинейным оптический кристалл иодата лития LiIO3. Ультрафиолетовые фотоны лазера направлялись на кристалл и некоторые из них преобразовывались в два дочерних фотона меньшей энергии, которые разлетались под углом 30 градусов друг к другу. Зафиксировав один из них, второй направлялся в измерительный контур.
В измерительном контуре в качестве одного из отражающих зеркал интерферометра размещалось отражающее устройство, фиксирующее попадание на него одиночного фотона и имитирующее взрыватель бомбы («зеркало-взрыватель»).
М. Касевич предложил более эффективное решение для бесконтактного измерения, сочетающее использование квантового эффекта Зенона и схемы Элицура-Вайдмана.
В копенгагенской интерпретации квантовой механики эффект объясняется способностью волновой функции единичного фотона расщепляться на моды, взаимодействие которых друг с другом порождает интерференцию, если ни одна из них не подверглась наблюдению. Взаимодействие такой моды с зеркалом-взрывателем препятствует интерференции и это порождает эффект Элицура-Вайдмана. При таком объяснении нарушается целостность единичного фотона и возникает необъяснимое взаимодействие фотонной моды с зеркалом-взрывателем, не приводящее к взрыву.
С точки зрения Л. Вайдмана, одного из авторов идеи эффекта Элицура-Вайдмана, эффект объясняется в рамках многомировой интерпретации квантовой механики Х. Эверетта. А именно – на первом «расщепителе луча» интерферометра происходит ветвление вселенной, и в том случае, когда детектор сигнализирует о наличии неразорвавшейся «бомбы» в нашем мире, в параллельной ветви она взрывается. При этом фотон рассматривается как целостная частица в обеих ветвях вселенной.
Вот почему эффект Элицура-Вайдмана является эвереттическим и доказывает справедливость интерпретации Эверетта.
Практическое значение.
Новый метод бесконтактных измерений может быть использован как достаточно необычное средство для фотографии. С помощью этого метода объект изображается, не будучи подверженным действию света. Эти технологии также могут работать с полупрозрачными объектами и, вероятно, могут быть обобщены для нахождения цвета объекта. Такого типа изображения могут когда-нибудь продемонстрировать свою значимость в медицине – например, как средство показа живых клеток. Это дает возможность сделать рентгеновский снимок, не подвергая человека воздействию рентгеновских лучей. Такие методы получения изображений будут менее рискованными для пациентов, чем стандартные рентгеновские лучи.

Литература
1. A.C.Elitzur, and L.Vaidman. Quantum mechanical interaction-free measurements, arXiv:hep-th/9305002v2, 5 may 1993, p. 1 – 14.
2. P.Kwiat, H.Weinfurter, T.Herzog, A.Zeilinger, and M.Kasevich. Interaction-free measurements. Phys. Rev. Lett. 74, 12 june 1995, p.4763-4766.
3. P.Kwiat, H.Weinfurter and A.Zeilinger, Quantum Seeing in the Dark, Scientific American, november 1996, p. 72 – 78.


Работа представлена на студенческую конференцию "Студенческая весна-2009" в МГТУ им. Н.Э.Баумана.

Научные руководители:
Ю.А.Лебедев,
кандидат технических наук, доцент кафедры «ФН-5 (Общая химия)»,
Н.О.Лебедева,
старший преподаватель кафедры «ФН-5 (Общая химия)»

Поступила 04.03.09