[論文レビュー] Criticism of "Asking Photons Where They Have Been"

MMarcin Wieśniak|arXiv (Cornell University)|Jul 7, 2014

Quantum Mechanics and Applications被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、ダナンらの実験における光子が同時に複数の経路を通過するという解釈に反論し、時間分解能を持つ四セル検出器信号のフーリエ解析によって得られた干渉パターンが、二状態ベクター形式（TSVF）ではなく、古典的波動光学と機械的不安定性によって完全に説明可能であると主張する。著者らは、鏡EにおけるTSVFが予測しない不正なスペクトルピークが、音響的振動と経路長の感度に起因することを示し、量子的マルチローカリティの主張を揺るがす。

ABSTRACT

I stress that [PRL 111,240402(2013)] contains no result that need to be explained by so-called Two State Vector Formalism, and closely inspected data are in disagreement with claims of Danan, Farfurnik, Bar-Ad, and Vaidman

研究の動機と目的

• ダナンらが経路マーカーとフーリエ解析を用いて提案した、マハーズ・ツェンダー干渉計における光子が同時に複数の経路を通過するという主張を挑戦すること。
• 鏡の振動による機械的不安定性が干渉パターンを破壊し、実験設定の信頼性を損なうことを示すこと。
• 周波数f_E、f_A、f_Bにおける観測されたスペクトルピークが、二状態ベクター形式（TSVF）よりも古典的波動光学と音響固有モードによってよりよく説明可能であると主張すること。
• 図2(c)において下部経路が遮断されているにもかかわらず、f_Eが支配的である理由を、TSVF解釈が説明できないことの証明。
• すべてのデータが確立された物理理論によって説明可能であることを踏まえ、Ockhamの剃刀を適用してTSVFを不要なものとすること。

提案手法

• 時間分解能を持つ四セル検出器（QCD）信号のフーリエ解析により、振動する鏡に対応する周波数成分（f_A、f_B、f_C、f_E）を抽出する。
• 圧電アクチュエータによる鏡の機械的変位をモデル化：軸から1 cmの位置で10 nmの振幅の変位が10 cmの光路長で100 nmのビームスポットのずれを引き起こす。
• 下部経路が遮断された状況（図2(c)）におけるスペクトル構造を分析し、TSVFが予測しない非一様なピークを同定する。
• TSVFの予測（鏡A、B、Cにおける前方と後方の波動関数の重ね合わせ）と、f_Eにおける観測されたスペクトルの優位性を比較する。
• 特に280–310 Hzのピークが観測されたパワースペクトルに注目し、音響固有モードがシステムに与える影響を評価する。
• 干渉縞の可視度（著者らが報告する95％）を評価し、実験の安定性とアライメント感度を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ダナンらの実験における観測されたスペクトルピークは、量子マルチローカリティではなく、古典的波動光学と機械的不安定性によって説明可能か？
• RQ2 TSVFが鏡Eに重ね合わせがないと予測しているにもかかわらず、なぜ図2(c)でf_Eのピークが支配的なのか？
• RQ3 鏡の振動が干渉パターンに与える影響はどの程度で、これが実験の結論を無効にしているか？
• RQ4 遮断された経路の状況（図2(c)）におけるスペクトル特徴は、TSVF解釈と一致するか、それとも音響的振動と一致するか？
• RQ5 データは光子が同時に3か所に存在したという主張を支持するか、それとも実験的ノイズとアライメントのずれによるアーティファクトにすぎないか？

主な発見

• 遮断されていない状況におけるf_A、f_B、f_Cにおける観測されたスペクトルピークは、TSVF解釈と一致するが、これは機械的不安定性を無視した場合に限る。
• 遮断された経路の状況（図2(c)）において、支配的である~280–310 Hzのピークはf_Eに対応し、検出器から最も離れた鏡であるが、これはTSVFの予測と矛盾する。
• 鏡の振動によって生じる機械的変位（10 cmの光路長で10 nmの振幅）が100 nmのビームスポットのずれを引き起こし、干渉を破壊し縞の可視度を変化させるのに十分である。
• ダナンらが報告する95％の縞の可視度は、スペクトル特徴の原因として機械的摂動が寄与している可能性を排除するには不十分である。
• 特にf_Eにおける音響固有モードが、図2(c)における観測されたスペクトル構造を説明するが、TSVFが主張する量子的経路重ね合わせとは一致しない。
• 量子的マルチローカリティの存在を示す実験的証拠は存在せず、すべての結果は古典的光学と機械的ノイズによって説明可能であり、TSVFは不要である。