Czy komunikacja nadświetlna może się przydać?

Zapewne tak, np. do ostrzegania o sztormach kosmicznych albo innych dalekich wydarzeniach.

Czy jest w zasięgu uniwersytetów? Tak, zobaczcie jaki świat jest prosty.

Najpierw mała dygresja do eksperymentu z dziurkami, do którego linkował zdumiony. Jeśli foton przepuścić przez dwie dziurki w planszy, to foton będzie interferował sam ze sobą pokazując się jako prążki na drugiej planszy. Jeśli przed każdą dziurką umieścić detektor fotonów, to po ich włączeniu interferencja tj. prążki zanikają, a foton przejawia naturę korpuskularną.

Tak samo jeśli umieścić detektory ZA dziurkami - po ich włączeniu interferencja zanika. Włączenie detektorów niszczy interferencje fotonu, który JUŻ PRZEBYŁ przez dziurki. Zanim dotarł do dziurki foton musiał jakoś "wiedzieć" z wyprzedzeniem, że zostanie wykryty przez detektor i już przy przejściu przez dziurki nie wykazuje właściwości falowych, ale korpuskularne. Foton nie zmienia właściwości falowych na korpuskularne z prędkością światła, ale wręcz zmienia je wstecz w czasie. Poza tym - skądinnąd - utrata sprzężenia dwóch fotonów również nie odbywa się z prędkością światła, ale bezczasowo.

A co by się stało gdyby umieścić detektor tylko przy jednej dziurce?
Interferencja nie zachodziłaby w momencie, gdy detektor wykryłby foton, a potencjalnie mogłaby zajść wtedy gdy nie można by odróżnić czy foton przeszedł drugą dziurką albo czy go nie było.
To trudna sytuacja. Skupmy się na tym co możemy wiedzieć na pewno.
Co by się stało gdybyśmy mieli trzy dziurki i detektor tylko za jedną dziurką?
Interferencja nie zachodziłaby tylko wtedy gdy detektor wykryłby foton. Interferencja zachodziłaby w innych wypadkach, czyli wtedy kiedy nie można by odróżnić, którą z pozostałych dwóch dziurek przeszedł foton. (nawiasem prążki są inne dla dwóch i trzech dziurek)

Teraz zastanówmy się. Czy na podstawie obserwacji prążków (czyli tego kiedy dany foton interferuje a kiedy nie) potrafimy stwierdzić czy detektor został włączony?
Oczywiście, że tak.
Jeśli detektor jest włączony 1 na 3 fotony nie da interferencji!!!
Prawda, że proste.

Dalej.
Jak wiemy interferometr składa się z płytki dzielącej, dwóch luster oraz płytki zbierającej.
Konfigurujemy dwa interferometry: 1. i 2. Interferometr 1.składa się z płytki dzielącej, na której promień światła rozbity jest na dwie drogi 1A i 1B. Z płytki dzielącej promień 1A biegnie do interferometru 2, gdzie promień rozbija się na dwie drogi 2A i 2B. Z interferometru 2. wychodzą promienie 2A' lub 2B', zaś 2A' prowadzi promień do płytki zbierającej interferometru 1.
Kiedy w interferometrze 2. zachodzi interferencja (czyli kiedy obie drogi interferometru 2. są odblokowane) to promień wychodzi drogą 2A'. Natomiast gdy w interferometrze 2. nie zachodzi interferencja to promień wychodzi drogą 2B'.

Foton wpadając do płytki dzielącej interferometru 1. może wybrać drogę 1A lub 1B. Jeśli idzie drogą 1A to wpada do interferometru 2., z którego może wyjść drogą 2A' lub 2B'. Jeśli wyjdzie drogą 2A' to w interferometrze 2. zachodzi interferencja, jeśli w interferometrze 2. nie zachodzi interferencja to promień wyjdzie drogą 2B'. Tym samym jeśli w interferometrze 2. nie zachodzi interferencja to również w interferometrze 1. nie zajdzie.

Nawisem, gdybyśmy zablokowali drogę 2A lub 2B to interferometr 1. nie interferuje.

Ale co by się stało gdybyśmy umieścili detektor na drodze 1A? Wykrycie fotonu na drodze 1A spowoduje zanik interferencji w interferometrze 1. i 2. Jeśli detektor nic nie wykrył znaczy, że fotonu nie było albo przeszedł drogami 1B a potem 2A lub 2B.
Czy włączenie detektora wpłynie na ilość interferencji? Tak, statystycznie na dwa wypuszczone fotony jeden nie da interferencji.

Dobra, przyśpieszmy nieco.. do dwóch prędkości światła.

Wyobraźmy sobie, że lustra interferometru 1. są oddalone płytki dzielącej o bardzo dużą odległość D. Przy lustrze drogi 1A stoi Ania a przy lustrze 1B stoi Tomcio. Detektor umieszczony jest jak poprzednio na drodze 1A przy lustrze na tej drodze przy Ani. Źródło bardzo spójnego światła wysyła z częstotliwością f >> c/D fotony do płytki dzielącej interferometru 1, skąd foton leci do Ani lub Tomcia. Jeśli Ania chce przesłać ciąg bitów do Tomcia z częstotliwością f1 < f załącza i wyłącza detektor. Przy włączonym detektorze Ani wykrycie fotonów przybyłych z płytki dzielącej zmienia ilość interferencji obserwowanych u Tomcia. W ten sposób Tomasz dowiaduje się czy Ania ma włączony detektor w czasie n*1/f1 (gdzie n ilość wysłanych impulsów potrzebnych aby statystycznie upewnić się co do stanu detektora Ani). Czas ten jest mniejszy niż czas 2*D/c potrzebny na dotarcie sygnału z prędkością światła.

Podukładem transmisyjnym - nazwalibyśmy zestaw: a) nadajnik fotonów b) interferometru 1. c) detektor - nadajnik danych d) interferometr 2. – odbiornik danych.
Przy założeniu, że fotony nadawane są bez przerwy z częstością f, umieszczając obok siebie dwa takie podukłady możemy zapewnić transmisję z jednego do drugiego ze stałym opóźnieniem 1/f1 bez żadnych ograniczeń na zasięg. Jedynym warunkiem jest istnienie fotonów, których natura falowa jest niszczona w detektorze w zerowym czasie. Aby uzyskac natychmiastową komunikację między Proxima Centauri a Ziemią wystarczy umieścić nadajnik fotonów w równej odległości miedzy nimi. (Okazuje się, że aby przesyłać z prędkością natychmiastową trzeba najpierw fizycznie rozmieścić nadajnik fotonów w połowie odległości między nadawcą a odbiorcą, albo musi tam być ktoś to zrobi.)

Schemacik

Zwielokrotnienie takich układów pozwala uzyskać dalsze mnożenie prędkości komunikacji.

Natomiast jeśli fotony nie byłby nadawane bez przerwy ale na żądanie to należałoby między Proxima Centauri a Ziemią rozłożyć regularnie k takich podukładów, aby uzyskać transmisję bez ograniczeń na prędkość sygnału ale z ograniczeniem na czas opóźnienia pierwszego bitu informacji t= d/(k*c)+k/f1, gdzie k - ilość podukładów (odcinków o długości 2*d), d = 0,5* |Proxima-Ziemia| / k.

Zauważmy, że wiele pomiarów interferencji/fotonów na podstawie których Tomasz może określić PRAWDOPODOBNY stan detektora Ani stanowi WIELE NIEZALEŻNYCH układów pomiarowych. Z tych dwóch powodów ten system bezczasowej komunikacji nie nadwyręża zasady nieoznaczoności obowiązującej w poszczególnych układach pomiarowych.


Jagen © 2002-2007

  Powrót do strony głównej