Se ha explorado la idea de utilizar fotones entrelazados de momento con el experimento de doble rendija y los resultados son bastante interesantes.
La propiedad de entrelazamiento limita el posible resultado de la medición para un par de fotodetecciones, al tiempo que no impone restricciones a las detecciones individuales. Eso es porque el par de fotodetecciones debe conservar el impulso.
La conservación del momento es una propiedad que se imparte a los fotones debido a la coincidencia de fases en el cristal no lineal. Un único fotón de alta energía se convierte en dos fotones de baja energía, llamados fotones de señal y de inactividad. Los dos fotones enredados no necesitan tener la misma energía, sino que están limitados por la energía y la conservación del momento.
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El siguiente paso para comprender lo que está sucediendo es pensar en los fotones como ondas, no como partículas. Este es el principio general de la mecánica cuántica, que los objetos cuánticos se describen mediante una función de onda. Para la luz, esto debería ser mucho más familiar, porque la luz es demostrablemente un fenómeno ondulatorio.
Como fenómeno de onda, podemos entender la interferencia de doble rendija utilizando el análisis de transformada de Fourier. La doble rendija es un filtro espacial particular. Si la luz incidente en las rendijas tiene una dirección de propagación bien definida, como una onda plana, entonces la doble rendija actúa como un filtro de Fourier que selecciona un subconjunto de la onda incidente con una distribución espacial restringida. Esta distribución espacial corresponde a la interferencia en el campo lejano y el patrón de interferencia viene dado por la transformada de Fourier de la función de filtro.
Ahora con fotones individuales, el análisis es el mismo, excepto que debe agregar la naturaleza de partículas de la luz, que es la fotodetección. Por lo tanto, el patrón de interferencia ahora representa una probabilidad de fotodetección.
El siguiente paso es tener en cuenta cómo debe comportarse el socio enredado. La restricción de conservación del momento significa que la detección de cada par de fotones debe satisfacer la conservación del momento. Esto da como resultado algunas propiedades muy curiosas. Por ejemplo, si un fotón ha pasado por las rendijas dobles, el compañero también está limitado a una región similar. Esto da como resultado un fenómeno llamado imagen fantasma, donde la imagen de las rendijas dobles se puede ensamblar a partir de la corriente de fotones que no ha pasado a través de las rendijas. Eso también significa que el patrón de interferencia se puede obtener del socio enredado que no ha interactuado con las rendijas. Por lo tanto, la propiedad enredada parece ofrecer algunas oportunidades únicas para investigar la interferencia de doble rendija.
[1602.05987] Grabación de video verdadera interferencia de doble rendija de fotón único
El fenómeno de la imagen fantasma puede proporcionar información sobre “qué camino” con respecto al tránsito de fotones a través de las rendijas. Por lo tanto, si elige monitorear el paso de fotones a través de las rendijas, no verá un patrón de interferencia. Por otro lado, si no monitorea el paso a través de las rendijas, verá interferencia. Este experimento se conoce como el borrador cuántico de elección retrasada.
[quant-ph / 0512207] Borrador cuántico aleatorio de elección retardada a través de imágenes de dos fotones
Interferencia de doble rendija de Young con biphotones de dos colores.
La interpretación del borrador cuántico de elección retrasada no es tan sencilla. Realmente debe considerar el par entrelazado como una entidad cuántica única y el acto de la fotodetección en términos de detección conjunta, llamada medición de correlación de segundo orden. Eso le permite tratar el experimento como un filtro de Fourier efectivo de la fuente. La observación de interferencia corresponde a una fuente coherente, o iluminación de onda plana. La falta de interferencia corresponde a la selección de una fuente incoherente o multimodo efectiva.
La forma de entender esto es tratar a los fotones como ondas. La posición y el momento de los fotones individuales son indeterminados, sin embargo, el par debe satisfacer la restricción de conservación del momento. Como el momento de un solo fotón es indeterminado, uno puede elegir restringir el ancho de banda de uno de los fotones y eso a su vez debe restringir el ancho de banda del otro de acuerdo con la conservación de la restricción de momento. Por lo tanto, puede seleccionar efectivamente entre una fuente de iluminación de banda estrecha y de banda ancha (es decir, una fuente coherente o incoherente). En óptica clásica, una fuente coherente da como resultado franjas de interferencia claras, mientras que una fuente incoherente elimina la interferencia).
Además, la naturaleza de realizar mediciones de correlación de segundo orden es que la sincronización o el orden de detección absoluta es irrelevante. Por lo tanto, no hay necesidad de invocar la retrocausalidad. El experimento simplemente funciona como un filtro de Fourier post selectivo. Es un punto sutil, pero no hay misterio. Todo está perfectamente manejado por la mecánica cuántica estándar.
