Der Elitzur-Vaidman-Bombentest: Arbeitsblatt Teil 2

Teil 2 - Eine Messung zerstört die Superposition

Öffne die Webseite mit dem Quantum Flytrap-Spiel.

Dieses Spiel wurde von Piotr Migdał entwickelt und von Klem Jankiewicz designt.

Das Ziel des Spiels besteht darin, die Konfiguration eines Mach-Zehnder-Interferometers so zu ändern, dass 50% der Photonen den Detektor 1 und 50% der Photonen den Detektor 2 erreichen.

© Screenshot Spiel 'Peeking at a photon'

Aufgabe: Mach dich mit dem Aufbau vertraut und ändere ihn

Schicke ein einzelnes Photon in das Interferometer, indem du auf den Laser klickst. Das Photon geht in einen Superpositionszustand über, $\frac{1}{\sqrt{2}} \cdot | d o w n ⟩ + \frac{1}{\sqrt{2}} \cdot | r i g h t ⟩$ , nachdem es den ersten Strahlteiler passiert hat. Nach dem zweiten Strahlteiler wird das Photon aufgrund von Interferenz nur vom Detektor auf der rechten Seite erfasst. Das Photon befindet sich also in allen Fällen im Zustand $| r i g h t ⟩$ .
Finde heraus, was du ändern musst, damit das Photon mit einer Wahrscheinlichkeit von jeweils 50% von beiden Detektoren erfasst wird. Kleiner Hinweis: Es gibt ein Element, das du verschieben kannst.

Hast du es geschafft?

Lade die Webseite erneut und setze den beweglichen Detektor in einen der Wege ein, beispielsweise in den rechten Weg des Photons.
Beobachte das Verhalten des Photons, während es durch das Interferometer läuft.
Durch das Einfügen des beweglichen Detektors in den rechten Weg führst du eine Messung durch – du überprüfst, ob das Photon den rechten Weg genommen hat oder nicht. Dies verändert das Verhalten des Photons und den Superpositionszustand. Nach der Messung befindet sich das Photon entweder im rechten Weg (es wurde vom beweglichen Detektor erfasst) oder im unteren Weg (es wurde nicht vom beweglichen Detektor erfasst).

Zusammenfassung und Fazit Zusammenfassung und Fazit

Die folgende Tabelle fasst zusammen, was passiert:

	Photon
Anfangszustand	$\| i n i t i a l ⟩$
Nach Strahlteiler 1	Superpositionszustand: $\frac{1}{\sqrt{2}} \cdot \| d o w n ⟩ + \frac{1}{\sqrt{2}} \cdot \| r i g h t ⟩$
Nach der Messung	Entweder $\| d o w n ⟩$ oder $\| r i g h t ⟩$
Nach Strahlteiler 2	Superpositionszustand: $\frac{1}{\sqrt{2}} \cdot \| d o w n ⟩ + \frac{1}{\sqrt{2}} \cdot \| r i g h t ⟩$
Detektion	50% der Photonen werden im Detektor 1 nachgewiesen. 50% der Photonen werden im Detektor 2 nachgewiesen.

Schlussfolgerung

Eine Messung verändert den Zustand des Photons. Im obigen Experiment zerstört sie den Superpositionszustand $\frac{1}{\sqrt{2}} \cdot | d o w n ⟩ + \frac{1}{\sqrt{2}} \cdot | r i g h t ⟩$ . Nach der Messung befindet sich das Photon entweder im Zustand $| d o w n ⟩$ oder im Zustand $| r i g h t ⟩$ .