Zusammenfassung
Selbstinterferenz, also die Interferenz eines Quantenobjekts mit sich selbst, ist ein faszinierendes Phänomen der QM, das wir im Folgenden anhand der wechselwirkungsfreien Quantenmessung diskutieren wollen. Das Experiment beruht auf dem Prinzip des Mach-Zehnder-Interferometers (MZI). Es zeigt die Existenz quantenmechanischer Superpositionen ähnlich klar wie das bekannte Doppelspaltexperiment, ist aber im Vergleich zu diesem formal und experimentell weit ‚handlicher‘, sodass es vermehrt Einzug in Schulbücher gehalten hat. Gleichzeitig erlaubt es auch die Behandlung weitergehender Fragestellungen. Nicht umsonst treffen wir das MZI nicht nur in vielen modernen Grundlagenexperimenten, sondern auch zum Beispiel in der Quanteninformation, wo sich mithilfe des MZI und seiner Komponenten Grundfunktionen des Quantencomputers realisieren lassen (siehe auch die Schlussbemerkungen zu diesem Kapitel).
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Notes
- 1.
Die beiden Teilstrahlen kann man im Prinzip sehr weit voneinander trennen. Dadurch lassen sich unter Umständen bei quantenmechanischen Anwendungen die nichtklassischen Effekte vielfach noch beeindruckender als beim Doppelspalt aufzeigen.
- 2.
Es gibt also offensichtlich physikalische Wirkungen, die durch mögliche, aber nicht realisierte Ereignisse beeinflusst werden, also Ereignisse, die passiert sein könnten, aber nicht passiert sind. Solche Ereignisse werden kontrafaktisch genannt (nicht den Tatsachen entsprechend).
- 3.
A.C. Elitzur, L.Vaidman: Quantum Mechanical Interaction-Free Measurements; Foundations of Physics 23, 987 (1993)
- 4.
Um die militaristische Note zu vermeiden, wird statt vom ‚Bombentest‘ in manchen Schulbüchern vom ‚Knallertest‘ geredet, was sich aber auch etwas drollig anhört.
- 5.
‚Ein physikalischer Versuch der knallt ist allemal mehr wert als ein stiller, man kann also den Himmel nicht genug bitten, daß wenn er einen etwas erfinden lassen will es etwas sein möge das knallt; es schallt in die Ewigkeit.‘ Georg Christoph Lichtenberg, Sudelbücher Heft F (1147).
- 6.
Diese Bemerkung scheint etwas übertrieben, aber tatsächlich können die Stäbchen des menschlichen Auges anscheinend schon auf ein einzelnes Photon reagieren; die fürs Farbsehen zuständigen Zäpfchen brauchen eine rund 100-mal stärkere Anregung.
- 7.
Richard P. Feynman, Physik-Nobelpreis 1965: „Newton thought that light was made up of particles, but then it was discovered that it behaves like a wave. Later, however (in the beginning of the twentieth century), it was found that light did indeed sometimes behave like a particle. Historically, the electron, for example, was thought to behave like a particle, and then it was found that in many respects it behaved like a wave. So it really behaves like neither. Now we have given up. We say: `It is like neither.'“
- 8.
Wir bemerken an dieser Stelle ganz allgemein, dass die Einstellung zu kurz greifen kann, wahrgenommene Dinge einfach als ‚existent‘ zu postulieren. Stattdessen sollte man zunächst die Wahrnehmung an sich betrachten und ihre Berechenbarkeit untersuchen. Dazu benötigen wir im Bereich der QM selbstverständlich erweiterte Methoden, weil wir dort ‚Wahrnehmungen‘ (Beobachtungen, Messungen) mit dem anschaulichen klassischen Instrumentarium nicht in den Griff bekommen – um die Informationen zu erhalten, um die es in der QM geht, müssen wir eben weitgehend formal denken bzw. vorgehen.
- 9.
Nicht mit den Polarisationszuständen \(\left|h\right\rangle\) und \(\left|v\right\rangle\) verwechseln.
- 10.
Zu unsymmetrischen Strahlteilern (Reflektionsgrad \(\neq\) Transmissionsgrad) siehe die Aufgaben.
- 11.
Wer Lineare Algebra gemacht hat, kennt das z. B. vom Transponieren oder Invertieren von Matrizen.
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Pade, J. (2012). Wechselwirkungsfreie Quantenmessung. In: Quantenmechanik zu Fuß 1. Springer-Lehrbuch. Springer, Berlin, Heidelberg. https://doi.org/10.1007/978-3-642-25227-3_6
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