[论文解读] Comment on "Multifold paths of neutrons in the three-beam interferometer detected by a tiny energy kick"

Lev Vaidman|arXiv (Cornell University)|Jun 5, 2018

Quantum Mechanics and Applications参考文献 27被引用 5

一句话总结

本文捍卫一种解释：在三束光束干涉仪中的中子等预选与后选量子粒子，其路径由其留下的微弱痕迹决定，这些痕迹通过微小能量冲量被探测到。作者认为，支持此观点的中子干涉实验与光学实验一致，反驳了‘路径选择’分析存在缺陷的说法，确认了通过弱测量实现的粒子轨迹具有操作意义。

ABSTRACT

An experiment with nested Mach-Zehnder interferometer [Phys. Rev. Lett. 111, 240402 (2013)] has been recently implemented with neutrons [Phys. Rev. A 97, 052111 (2018)]. Which-path information has been extracted from faint traces the neutrons left, providing operational meaning to "the particle's path". The authors of the neutron interference experiment criticised the conclusions obtained by the authors of the optical experiment. I refute the criticism and argue that the results of the neutron interference experiment actually support the surprising picture of the past of the particle in the nested Mach-Zehnder interferometer.

研究动机与目标

• 解决争议：中子在干涉仪中留下的微弱痕迹是否可作为粒子路径的有效操作定义。
• 反驳中子干涉实验对弱测量信号所提出的非连续轨迹观点的批评。
• 证明中子实验结果与预选与后选量子系统的理论框架一致。
• 确认在某些路径（如路径 F）无信号时，即使量子振幅非零，粒子也未经过这些区域。
• 澄清尽管在实现完美相消干涉方面存在实际限制，通过弱痕迹推断粒子历史的解释依然有效。

提出的方法

• 将中子干涉实验（Hasegava et al., 2018）分析为一种利用能量冲量探测微弱痕迹的弱测量协议的实现。
• 将中子实验与先前的光学实验（Danan et al., 2013）进行比较，后者使用类似的干涉设置和弱测量来推断粒子路径。
• 应用‘微弱痕迹’标准：若在预选与后选条件下，某位置检测到可测量信号（如能量冲量），则认为粒子曾位于该位置。
• 通过探测器时间谱的傅里叶分析，提取对应于特定路径（如 I、II、R 和 I+II）的弱值。
• 通过模拟理想条件（完美对比度）下的行为，将其与实际实验结果进行比较。
• 主张在相消干涉期间路径 F 无信号的现象并非实验误差所致，而是粒子未经过该区域的真实反映，与量子理论和弱测量形式一致。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否通过粒子在干涉仪中留下的微弱痕迹，对预选与后选量子粒子的过去轨迹进行操作定义？
• RQ2 为何中子干涉实验在相消干涉期间路径 F 无信号的现象，与‘粒子未在该处’的断言相矛盾？
• RQ3 中子干涉实验与光学干涉实验在弱测量结果和路径推断方面有何异同？
• RQ4 Hasegava 等人对基于微弱痕迹的‘路径选择’解释的批评在逻辑和物理上是否成立？
• RQ5 即使量子振幅表明粒子可能经过某路径，能否将该路径无信号解释为粒子未经过该路径的证据？

主要发现

• 在相长干涉条件下，中子干涉实验在路径 A、B、C 和 F 观测到微弱痕迹，与光学实验结果一致，支持粒子曾存在于这些路径的观点。
• 在相消干涉条件下，路径 F 预期无信号的现象在模拟中得到证实，且与理论预测一致，表明粒子未经过该路径。
• 尽管实验结果受对比度不完美影响，但仍与理想模型一致：当干涉调制为抵消振幅时，粒子在路径 F 不存在。
• 路径 E（类比光学设置中的外束）无信号是预期的，且与弱测量框架一致，尽管中子实验中未实际测量该路径。
• 对中子实验的分析并不与弱测量解释相矛盾；相反，它支持粒子路径由其留下的痕迹定义，而非经典轨迹。
• Hasegava 等人对‘微弱痕迹’标准的批评缺乏根据，因为中子实验结果与光学实验及预选与后选系统理论框架完全一致。