6.4 Efekty měření

Domů ／ Kapitola 6: Kvantová oblast (V5.05)

I. Tři známé výsledky v uspořádání s dvojitou štěrbinou

Velmi slabý zdroj světla vysílá kvanta po jednom. Před obrazovkou, která registruje jednotlivé zásahy, stojí clona se dvěma úzkými štěrbinami. Podle toho, co umístíme do štěrbin nebo hned za ně—sondy, značky či optické prvky—se na obrazovce objeví tři typické obrazy:

• Případ 1: Bez měření dráhy:
  Obě štěrbiny jsou otevřené a nic podél dráhy nerozlišuje „kterou cestou“. Tečky se hromadí po jedné a brzy se vykreslí světlé a tmavé interference. Každý zásah je tečka; obraz tvoří statistika.
• Případ 2: Měření dráhy:
  Zařízení u štěrbin dráhy označí—například různé polarizátory, fázové značky nebo dost citlivé detektory k přečtení cesty. Interferenční pruhy zmizí a objeví se dva široké vrcholy. Každý zásah je stále tečka; mění se jen celkový statistický obraz.
• Případ 3: Slabé měření dráhy:
  Na dráhy vložíme velmi jemné sondy či malé, vratné značky. Kontrast pruhů klesá, obraz leží mezi „jasnými pruhy“ a „dvěma vrcholy“. Slabší vazba vzor jen mírně zplošťuje; silnější vazba jej výrazněji „vymývá“.

Mění se pouze prvky na dráze. Zdroj a obrazovka zůstávají stejné. Proměnná je existence pruhů a jejich ostrost.

II. Jádrový výklad podle Teorie energetických filamentů (EFT)

Při prvním výskytu: Teorie energetických filamentů (EFT) popisuje světlo jako paket tenzorového narušení, které se šíří „mořem“ energie. Teorie energetických filamentů vykládá data ve třech po sobě jdoucích krocích: vazba, uzavření a paměť.

1. Vazba: přepis tenzorové krajiny
   Dvě štěrbiny „vyryjí“ v energetickém moři vodicí krajinu, která předem určí, kde je šíření hladké a kde svízelné. Když do dráhy vložíme sondu nebo značku, vnášíme do moře novou strukturu. Vazba částečně či zcela naruší soufázový vztah obou cest a přepíše vodicí krajinu. Čím hlubší je přepis, tím slabší je podklad pro vznik pruhů.
2. Uzavření: uzamčení jednotlivé události
   Jakmile paket s přístrojem vymění dost energie a překročí práh uzavření, událost se pevně přiřadí k určitému místu a času. Tím se alternativní cesta ruší a podmínky pro vzdálenou interferenci zanikají. Uzavření může nastat lokálně na dráze nebo až na obrazovce—podle síly vazby a geometrie.
3. Paměť: zvětšení volby na úroveň historie
   Uzavření je stále mikroskopické. Aby výsledek šel přečíst, musí jej makroskopické zařízení zvětšit a zapsat do paměti—vybočením ručky, překlopením pixelu či akumulací náboje. Jakmile je paměť zapsána, proces je nevratný; ztracené pruhy se neobnoví.

Dosazení do tří případů:

• Bez měření dráhy: Vazba je zanedbatelná; cesty zůstávají soufázové až do uzavření na obrazovce, pruhy jsou ostré.
• S měřením dráhy: Silná vazba a uzavření nastanou už na dráze; krajina je přepsána a interferenční obraz se dále netvoří.
• Slabé měření: Vazba je omezená; krajina se mění jen částečně; pruhy přetrvávají s menším kontrastem.

III. Odložená volba v téže „tříkrokové“ řeči

• Myšlenka experimentu:
  Necháme obě cesty šířit se paralelně a rozhodneme až na poslední chvíli, zda je opět sloučíme pro interferenci, nebo je přečteme odděleně podle „kterou cestou“. Běžná realizace je interferometr Mach–Zehnder, kde se na výstupu zasune nebo vyjme druhý dělič svazku. Existuje i kosmická varianta: dvě dlouhé dráhy přes gravitační čočku a volba na Zemi—zobrazit, nebo sloučit pro interferenci.
• Pozorovaný obraz:
  Se zasunutým druhým děličem vzniká světlý a tmavý výstup typický pro interferenci. Po jeho vyjmutí dostaneme statistiku „kterou cestou“ na dvou oddělených portech. Rozhodnutí lze odložit až téměř k detekci a výsledek přesto přesně sleduje volbu.
• Výklad:
  Odkládá se způsob uzavření, nikoli zpráva do minulosti. Pokud žádná silná vazba po cestě nezničí soufázovost, vlnové pole zůstává schopné interferovat. Zasunout či vyjmout koncový prvek znamená jen nastavit okrajovou podmínku těsně před uzavřením. Při interferenčním uzavření se dráhy setkají, vodicí krajina dá světlé a tmavé výstupy a statistika ukáže interferenci. Při uzavření dráhy končí cesty zvlášť; každá se uzavře a zapíše paměť, což dá dva vrcholy. Zpětná kauzalita není třeba.

IV. Kvantové mazání: stále vazba → uzavření → paměť

• Myšlenka experimentu:
  Nejprve se na cesty vloží slabé rozlišovací značky—například ortogonální polarizace. Poté se ke konci přidá prvek, který značky odstraní nebo je otočí do stejné orientace. Sčítání koincidencí umožní vybrat pouze tu podmnožinu dat, v níž mazání skutečně proběhlo.
• Pozorování:
  Pokud byly značky už zvětšeny do podoby čitelné paměti, pruhy se nevrátí. Pokud zůstaly jen potenciální a jsou plně vymazány před uzavřením, pruhy se v podmíněné statistice znovu objeví. Neúplné mazání vrátí pruhy jen částečně.
• Výklad:
  Značení znamená přepis vodicí krajiny. Dokud lze krajinu před uzavřením obnovit do soufázového stavu—a po cestě se značky nikde nezapsaly do paměti—může vlnové pole na konci znovu vytvořit základ interferencí. V odpovídající podmnožině je návrat pruhů patrný. Jakmile je paměť zapsána, proces je nevratný a mazání selže.

V. Stručná vyjasnění častých omylů

• Měření není pouhé „dívání se“: přidává fyzikální vazbu, která může přepsat vodicí krajinu a urychlit uzavření.
• „Kolaps“ není tajemný okamžik: je to vnější podoba kroků vazba–uzavření–paměť.
• Odložená volba nemění minulost: nastavuje koncovou okrajovou podmínku před uzavřením.
• Kvantové mazání není kouzlo: odstraňuje značky, obnovuje soufázovost a vyhýbá se zápisu paměti po cestě.

VI. Shrnutě: čtyři věty k zapamatování

• Pruhy vznikají z vodicí krajiny předem vyryté vlnovým polem; jednotlivé tečky jsou důsledkem prahů uzavření a zápisu paměti.
• Měření je vazba, uzavření a paměť; silnější vazba přiměřeně oslabuje pruhy.
• Odložená volba určuje způsob uzavření, nikoli nevrací čas.
• Kvantové mazání vrací pruhy jen tehdy, když není zapsána paměť a mazání je úplné; po zápisu paměti je proces nevratný.

Příloha: Rodina „slabých měření“ → překladová karta podle Teorie energetických filamentů

• Slabé měření:
  Malá vazba s minimální výměnou energie. Soufázovost cest je lehce narušena; vodicí krajina je částečně přepsána; kontrast pruhů klesá, ale zůstávají viditelné.
• Souvislé slabé měření:
  Mnoho drobných vazeb se sčítá. Dekoherence postupně roste; vodicí krajina bledne snímek po snímku; pruhy přecházejí z ostrých do rozmazaných.
• Kvantové mazání:
  Nejdřív označit, poté vymazat před uzavřením, přičemž se vyhnout jakémukoli makroskopickému zápisu paměti. Při úplném mazání a správném výběru dat se krajina obnoví do interferenčně vhodného stavu a pruhy se v odpovídající podmnožině vrátí.
• Odložená volba:
  Rozhodnutí o způsobu uzavření se odloží až na konec: interferenční uzavření, nebo uzavření dráhy. Bez střetu s kauzalitou—jde jen o volbu koncových okrajových podmínek.
• Chráněné měření a čtení „slabé hodnoty“:
  V silně chráněném stavu se provádějí zanedbatelné výměny k odečtení lokální fáze či rysů rozdělení. Porucha je tak malá, že krajina zůstává téměř nedotčena a uzavření se odkládá až po odečet.
• Měření bez interakce:
  Změní se okrajové podmínky tak, aby se jedna cesta zablokovala, a pravděpodobnosti v jiném portu se měřitelně posunou. I bez přímé výměny energie je vodicí krajina přepsána, takže přítomnost objektu lze odvodit statisticky.
• Kompromis mezi rozlišitelností dráhy a viditelností pruhů:
  Ostřejší značky snižují soufázovost a ztěžují vytvoření interferenčního podkladu. Měkčí značky soufázovost zachovávají a pruhy zostřují. Obě stránky řídí jediný parametr: síla vazby.