[论文解读] Criticism of "Asking Photons Where They Have Been"

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

Quantum Mechanics and Applications被引用 3

一句话总结

本文挑战了Danan等人实验中关于光子同时穿越多条路径的解释，认为通过时间分辨四象限探测器信号的傅里叶分析所观测到的干涉条纹，完全可用经典波动光学和机械不稳定性来解释，而非两态矢量形式（TSVF）。作者指出，镜面E处出现的虚假光谱峰——TSVF未预测到——源于声学振动和光路长度敏感性，从而否定了量子多位置性（quantum multilocality）的主张。

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

研究动机与目标

• 挑战Danan等人通过路径标记和傅里叶分析提出光子在马赫-曾德尔干涉仪中同时穿越多条路径的主张。
• 证明镜面振荡引起的机械不稳定性会破坏干涉条纹，从而使实验装置的可靠性失效。
• 论证在频率f_E、f_A和f_B处观测到的光谱峰更应由经典波动光学和声学本征模解释，而非两态矢量形式（TSVF）。
• 表明TSVF解释无法说明图2(c)中f_E的主导性，此时下臂被阻断。
• 依据奥卡姆剃刀原则，拒绝TSVF的必要性，因为所有数据均可由已确立的物理理论解释。

提出的方法

• 对时间分辨四象限探测器（QCD）信号进行傅里叶分析，提取对应于振荡镜面的频率分量（f_A、f_B、f_C、f_E）。
• 建模压电致动引起的镜面机械位移：在距轴1 cm处产生10 nm振幅，导致10 cm光路长度上光斑位移达100 nm。
• 分析图2(c)中的光谱结构，该图中下臂被阻断，以识别TSVF未预测的非均匀峰。
• 将TSVF预测（正向与反向演化波函数在镜面A、B和C处的重叠）与实际在f_E处的光谱主导性进行比较。
• 评估声学本征模对系统的影响，特别是功率谱中观测到的280–310 Hz峰。
• 评估干涉条纹可见度（作者报告为95%），以评估实验稳定性与对准敏感性。

实验结果

研究问题

• RQ1 Danan等人实验中观测到的光谱峰是否可由经典波动光学和机械不稳定性解释，而非量子多位置性？
• RQ2 为何在图2(c)中f_E处的峰占主导，尽管TSVF预测镜面E处无波函数重叠？
• RQ3 镜面振荡在多大程度上破坏干涉条纹？这是否使实验结论失效？
• RQ4 在阻断臂情形（图2(c)）中的光谱特征是否与TSVF解释一致，或更符合声学振动？
• RQ5 数据是否支持光子同时存在于三个位置的主张，还是这仅为实验噪声与对准误差的人为结果？

主要发现

• 在未阻断情况下观测到的f_A、f_B和f_C处的光谱峰与TSVF解释一致，但前提是忽略机械不稳定性。
• 在阻断臂情形（图2(c)）中，主导光谱峰位于~280–310 Hz，对应于距离探测器最远的镜面E，与TSVF预测相矛盾。
• 镜面振荡引起的机械位移（在10 cm光路中，10 nm振幅导致100 nm光斑位移）足以破坏干涉条纹并改变条纹可见度。
• Danan等人报告的95%条纹可见度不足以排除机械扰动作为光谱特征的来源。
• 实验装置的声学本征模，特别是f_E处的本征模，可解释图2(c)中的观测光谱结构，而非TSVF所声称的量子路径重叠。
• 无实验证据支持量子多位置性的存在；所有结果均可由经典光学和机械噪声解释，因此TSVF为不必要。