Экспериментальная реализация микроскопа Гейзенберга

Микроскоп Гейзенберга экспериментально реализовал B. Dopfer в 1998 г. при помощи перепутанных фотонов. Использовалась схема рис. 7.

Рис. 7. Реализация микроскопа Гейзенберга

Лазер L создает фотон накачки 0, который направляется на нелинейный кристалл K. В результате параметрического рассеяния рождаются перепутанные фотоны 1 и 2. Не прореагировавшие с кристаллом фотоны накачки поглощаются. Поток фотонов 1 и 2 настолько мал, что они по одному проходят установку. Фотон 1 идет через собирающую линзу L и регистрируется детектором одиночных фотонов , который можно установить между фокальной плоскостью линзыи плоскостью, в которой создается сфокусированное линзой изображение экранаR. Фотон 1 играет роль, аналогичную фотону в схеме микроскопа Гейзенберга на рис. 4. Фотон 2 направляется на экран R с двумя щелями шириной 75 мкм каждая, расстояние между щелями 255 мкм. Детектор фотонов перемещается параллельно экрануR и регистрирует наличие или отсутствие интерференционной картины, вызванной дифракцией на экране R. Фотон 2 играет роль, аналогичную микрообъекту в схеме на рис. 4. Электронный блок A регистрирует сигнал с детекторов итолько в том случае, когда они срабатывают одновременно с точностью до 2 нс, что гарантирует перепутанность фотонов.

Рис. 7. Реализация микроскопа Гейзенберга

При установке детектора в плоскостьсоздается сфокусированное изображение экранаR. Фотон 1 проецируется в состояние с определенной координатой в плоскости экрана R. Перепутанный фотон 2 также оказывается в этом состоянии и для него определяется щель экрана R, через которую он проходит. Результат прохождения регистрируется в отдельных точках детектором путем его перемещения параллельно экрануR. Показания детектора как функция его положения представлены на рис. 8. Результат соответствует дифракции на одной щели экранаR, интерференция между щелями отсутствует.

Рис. 8. Показания детектора (детектор в плоскости )

При установке детектора в плоскостьсфокусированными оказываются лучи, падающие на линзу параллельным пучком. Фотон 1 до прохождения линзыL оказывается в состоянии с определенным импульсом. Перепутанный фотон 2 также получает определенный импульс, становится волной, проходит через обе щели экрана R и создает интерференционную картину. Показания детектора при его перемещении параллельно экрануR показаны на рис. 9. Результат соответствует интерференции между щелями и согласуется с теоретическим распределением, представленным на рис. 1.

Если не контролировать состояние фотона 1, то и фотон 2 оказывается в неопределенном состоянии, и интерференционная картина после экрана R размывается.

Рис. 9. Показания детектора (детектор в плоскости )

В результате доказано, что определенность траектории превращает частицу в локализованный объект и устраняет ее интерференцию. Принципиальная неопределенность траектории восстанавливает интерференцию и превращает частицу в волну. Последняя процедура называется квантовым стиранием локализации.