Vaidmann Experiment

schnudl · Moderator Anmeldungsdatum: 15.11.2005 Beiträge: 6979 Wohnort: Wien

Um auf ein aktuelles Posting con -christian- zurückzukommen:

Ich würde gerne mal eure Meinungen bzw. Reaktionen zu dem Thema mit der berühmten "wechelwirkungsfreien Messung" nach Vaidmann

http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Wechselwirkungsfreie_Quantenmessung#Elitzur-Vaidman-Schema

hören, und wie ihr damit zurechtkommt, dass man das Vorhandensein eines Objekts im speziellen Einzelfall wechselwirkungsfrei identifizieren kann.

Obwohl es aus quantenmechanischer Sicht klar ist, wie das zustandekommt, habe ich, wie viele andere wahrscheinlich auch, ein ziemlich dumpfes Gefühl in der Magengrube.

Hat sich hier schon mal wer Gedanken darüber gemacht ?

Bruce · Anmeldungsdatum: 20.07.2004 Beiträge: 537

Hallo Schnudl Wink

Ich versuche meine Antwort mal so zu formulieren:

Wenn es plötzlich um 12:00 Uhr Mittags stockdunkel wird, weil sich
ein riesiges Himmelsobjekt zwischen Erde und Sonne schiebt, dann
würdest Du als Physiker doch sofort auf die Idee kommen, dass sich
irgend etwas zwischen Erde und Sonne befinden muss ohne das Du dieses
Etwas gesehen hast, d.h. ohne damit in Wechselwirkung getreten zu sein,
oder irre ich mich da?

Also das was da unter dem Begriff "wechselwirkungsfreie Quantenmessung"
beschrieben wird ist doch nicht viel mehr als "Pubs mit Lala", also
aufgebauscht durch irgend welche Marktschreier die sich interessanter
machen wollen als sie wirklich sind!

Oder habe ich die "wahre Raffinesse" des Experiments gar nicht begriffen Buschmann

.

Gruss von Bruce

schnudl · Moderator Anmeldungsdatum: 15.11.2005 Beiträge: 6979 Wohnort: Wien

Sorry Bruce, aber so einfach ist das nicht. Es geht um ein ernsthaftes Experiment (eigentlich hat es den mehr Charakter eines Gedankenexperiments, obwohl es auch schon realisiert wurde).

Hast du das Paper gelesen (es ist ja ohnehin extrem einfach zu verstehen, sodass man nicht mal das Originalpaper braucht) ?

Von Kwiat ( P. G. Kwiat, et al., Phys. Rev. Letters 83 4725-4728
(1999) wurde sogar ein Kochrezept angegeben, wie man Dinge nahezu in 100% der Fälle wechselwirkungsfrei detektieren kann - und es funktioniert: von der Gruppe von Zeilinger wurde das Experiment durchgeführt. Das Vorhandensein eines Hindernisses in einem optischen Weg wird durch das Ansprechen eines Detektors bestimmt, wobei die Wahrscheinlichkeit, dass das Hindernis von einem Photon getroffen wird, theoretisch gegen Null gehen kann. Die Frage ist nur, wie man sich das vorstellen soll, denn mit klassischen Vorstellungen kommt man hier nicht weit.

Natürlich kann man sich auf den fomalen Standpunkt zurückziehen, und sagen, die Quantenmechnik ist eben so, aber das wäre das Ende jedes wissenschaftlichen Denkens, meine ich.

Und die Verdunkelung der Sonne bemerkst du ja auch nur deshalb (wenn du die Rolle des Detektors einnimmst), weil eben das Licht der Sonne mit dem Mond in Wechselwirkung tritt, d.h. absorbiert wird. Den Vergleich kann ich deshalb nicht nachvollziehen. Stell dir vor, man könnte ein Röntgenbild von dir machen, dass ohne jegliche Strahlenbelastung abgeht. Ich weiss nun nicht ob das mit der besagten Technik überhaupt prinzipiell möglich ist, aber es soll nur veranschaulichen worum es hier geht.

Ich muss dir aber gleichzeitig (leider) Recht geben, denn mir ist schon bewusst, dass solche Sachen gerne für öffentliche Effekthascherei benutzt werden. So ist meiner Meinung an den viel zu sehr aufgepauschten Experimenten zur Quantenteleportation von A. Z. (ihr wisst wen ich meine) nicht "mehr dran", als eine äusserst ausgefeilte Experimentiertechnik mit verschränkten Zuständen, aber zur Physik trägt es nichts bei, ausser dass es die Quantenphysik eben wieder mal bestätigt. Wer die besseren Pfauenfedern vorzuzeigen hat, bekommt eben das Geld - warum soll es in der Wissenschaft anders sein als in der Privatwirtschaft. Wie willst du z.B. einem österreichischen Beamten mit dem Niveau einer Nacktschnecke aber klarmachen, dass deine Forschungen von Relevanz sind? Wenn du ihm etwas von Zustandsräumen und Projektionsoperatoren erzählst wird er nur gelangweilt gähnen und dazu meinen, Arbeiten im Elfenbeinturm seien nicht förderwürdig (es müsse schon ein witschaftlich ausnutzbarer Aspekt hervortreten, wo ein Konzern damit dicke Kohle machen könnte, damit man für Forschungen überhaupt noch Geld kriegt. Das nennt man dann "angewandte Forschung" - **kotz**). Arbeiten jedoch, die das Ziel haben, Dinge von A nach B zu "beamen" versteht der Durchschnittsbürger schon besser und man punktet daher viel eher mit dieser Masche, da es doch zB ein guter Beitrag zum Klimaschutz wäre, wenn man sich irgendwann mal auf die Malediven beamen lässt, statt mit einem Flugzeug um die halbe Welt zu fliegen (sorry, aber viele Leute denken über das Experiment dank unserer objektiven Medien wirklich so...) Dann kommt das noch mit viel Trara in die Tageszeitungen in den Wissenschaftsteil am Sonntag, und der Rückkopplungseffekt geht los. Viele meinen daher schon, dass A.Z. der Nobelpreis gebühre, wenn manns genau nimmt, ist er aber "nur" ein sich gut vermarktender Manager mit einer hervorragenden experimentellen Gruppe um ihn (die Idee zum "Beamen" stammt übrigens gar nicht von ihm sondern von Bennet). Und da so manche "wichtige" Personen schon per Definition "gut" gemacht werden, können sie es sich in weiterer Folge auch leisten, in der Folge wiederum nur die besten Leute zu nehmen, usw. Ich kenne einige Beispiele dazu, das ist nur eines.

Leute, die wirklich substantiell was zur Physik beitragen, bleiben sowieso oft im stillen Kämmerlein, da ihnen die Vermarktung nicht so viel bedeutet. So sehs ich jedenfalls...naja, du hast irgendwie Recht...

Man darf aber nicht vergessen, dass im Dunstkreis dieser Forschungen eine Reihe interessanter (und sehr enstzunehmender Vorschläge (Quantenkryptografie, Quantencomputer, ...) hervorgegangen sind, die nur aufgrund der komplexen technischen Probleme noch nicht ausreichend realisierbar sind. Vor 100 Jahren hätte auch niemand gedacht, dass einmal auf einem Chip von 1mm^2 ein Ding sitzen wird, dass in einer Sekunde Millionen von Rechenoperationen durchzuführen vermag...

Bruce · Anmeldungsdatum: 20.07.2004 Beiträge: 537

Donnerwetter Schnudl, 5:39 Uhr, und schon so fleißig, das ist aber früh für so
einen langen Text. Ich hoffe die Spezis aus dem Physikerboard rauben
dir nicht den Schlaf.

Nun zum Thema:

Das man das bloße Vorhandensein eines streuenden Objektes detektieren
kann ohne die davon gestreuten Photonen explizit messen zu müssen soll
mein zugegeben recht billiger Vergleich mit dem riesigen Objekt vor der
Sonne andeuten.

Ich mache es mir sicher etwas zu leicht, wenn ich dem im von dir
zitierten Wikipedia-Artikel beschriebenen Experiment lediglich
den Stellenwert von "heisser Luft" zugebilligt habe.

Allerdings ist der darin beschriebene Aufbau so simpel, dass wohl
kaum zu erkennen ist, wozu das ganze nützlich sein könnte. Es ist
ein einfaches Experiment zu den grundlegenden Aussagen der Quantenmechanik,
dessen tatsächliche Durchführung allerdings eine beachtliche Experimentier-
kunst voraussetzt. Da in diesem Experiment durch Photonenstreuprozesse
entlang des einen Weges die komplexen Wahrscheinlichkeitsamplituden der
Teilstrahlen manipuliert werden erhält man andere Zählraten als ohne
Streuprozesse; Na und? Dieses Experiment zeigt, daß die Rechenregeln der
Quantenmechanik experimentell reproduzierbare Ergebnisse liefern! Darin liegt
für mich der Wert dieses Experiments und liefert insofern nichts aufregendes
neues.

Wie Du zutreffend bemerkt hast, hatte ich den SdW Artikel von Kwiat et. al.
noch gar nicht studiert, denn dann hätte mir auffallen müssen, das hinter der
Sache mehr Potential schlummert als auf den ersten Blick zu erkennen ist.

Die Herren Kwiat, Weinfurter und Zeilinger sind einen bedeutenden
Schritt weiter gegangen, indem sie erste experimentelle Schritte
hin zu einer Abbildungstechnik veröffentlicht haben, die mit erheblich
weniger Streuprozessen zwischen dem abzubildenden Objekt und Photonen
auskommen soll als zur Zeit in der Praxis verwendete Techniken. Es
wäre natürlich (Marktschreiermodus an) grandios (Marktschreiermodus aus),
wenn man in naher Zukunft beispielsweise Röntgenbilder von Regionen
des menschlichen Körpers herstellen könnte und dafür vielleicht nur noch
ein zehntel der heute üblichen Strahlungsdosis benötigen würde.
Den SdW Artikel verstehe ich dahingehend, dass mit der beschriebenen Technik
der schattenwerfende Rand eines Objektes abgebildet werden kann und dabei
vom Objekt wesentlich weniger Photonen gestreut werden als bei herkömmlichen
Techniken. Allerdings kann ich nicht verstehen, wie mit einer solchen Technik
rauschärmere und kontrastreichere Röntgenaufnahmen von Gewebestrukturen
gewonnen werden können als es jetzt schon möglich ist, da ja kaum noch Röntgen-
quanten vom abzubildenden Gewebe gestreut werden. Das kann allerdings auch an
meinen Fehlenden Kenntnissen über die technischen Details liegen.

Verstehst Du mehr davon?

Gruß von Bruce

schnudel · Anmeldungsdatum: 04.10.2007 Beiträge: 56

-Christian- · Anmeldungsdatum: 08.07.2006 Beiträge: 199

Hallo!

Ich kann mich an diese Vorstellung ebenso wenig gewöhnen wie du, schnudl. Allerdings habe ich auch nicht allzuviel Ahnung von Quantenphysik, aber ich denke, dass auch die Quantenphysik diesen Sachverhalt nicht 100% erklärt. Sie erklärt ihn sicherlich formal über die Wellenfunktion und vertriit dabei die Grundannahme, dass das Objekt und der Versuchsaufbau ein untrennbares System sind, weswegen die Wellenfunktion des Photons letztendlich so ausfallen muss, wie sie ausfällt. Aber auch sie erklärt eben nicht, warum die Wellenfunktion sich verändert. Letztendlich wurde diese ja auch nur als ein mathematisches Mittel interpretiert und breitet sich nicht tatsächlich in unserem Raum aus. Wie sollte diese Wellenfunktion also mit dem Objekt wechselwirken (oder umgekehrt)?

Vorgestern ist mir zum Thema eine PDF unter die Nase gekommen, die ich leider nur überflogen habe, weil ich keine Zeit hatte sie ganz zu lesen. Dort ging es also unteranderem darum, inwiefern man diese "wechselwirkungsfreie Quantenmessung" wirklich als solche benennen dürfte.

Ein Argument, was bei mir hängen blieb ist folgendes:
Jeder Auslöser einer Bombe besitzt einen gewissen Schwellenwert, der überschritten werden muss, damit die Bombe anspricht und explodiert. Es ist gar keine beliebig sensible Bombe denkbar, weil diese (wenn man animmt, dass sie sich im Vakuum befindet, damit sie nicht durch die Wechselwirkung mit Luftteilchen ausgelöst wird) schon allein durch die Vakuumfluktuationen ausgelöst würde.
Jede Bombe kann also nur bis zu einer bestimmten Empfindlichkeit heruntergeschraubt werden, oberhalb derer sie eine Wechselwirkung überhaupt registrieren kann.
Genauso verhält es sich mit Detektoren. Auch diese können nur bis zu einer bestimmten Empfindlichkeit getrieben werden, weil sie sonst spätestens durch Vakuumfluktuationen ein ständiges Rauschen ausgeben würden.
Wenn ich den Artikel (ich versuche ihn nochmal zu finden, ich habe vergessen ihn in der Hektik abzuspeichern) also auf die Schnelle richtig verstanden habe, dann ist das das Hauptargument des Autors. Es ist also denkbar, dass das Photon in dem Vaidman-Experiment auf irgendeine Weise durchaus klassisch wechselwirkt, diese Wechselwirkung bloß weit unterhalb der Empfindlichkeit liegt, die eine Bombe/ein Detektor/ein sonstiges Instrument wahrnehmen könnte.

Klingt irgendwo logisch, aber ist denke ich auch streitbar. Schließlich wird hier eine Annahme herangezogen, die wenn überhaupt nur schwer beweisbar ist. Dennoch kann man sie wohl auch nicht einfch von der Hand weisen. Was meint ihr dazu?

Gruß
Christian

PS: Wo kann man denn die Original-Paper solcher Veröffentlichungen einsehen?

schnudel · Anmeldungsdatum: 04.10.2007 Beiträge: 56

Ich bin derzeit ein wenig hin und hergerissen. Denn beim Doppelspaltexperiment ist es ja auch "völlig klar", dass wenn man ein Objekt vor den zweiten Spalt schiebt, das Photon auch an jenen Stellen auftreffen darf, wo es bei der Interferenz eine Auslöschung hätte. Wenn ich nun ein Photon an einer solchen Stelle registriere, so weiss, ich, dass

1) keine Wechselwirkung mit einem anderen Objekt stattgefunden hat (sonst wäre es ja nicht am Schirm)
2) aber trotzdem der Spalt verstellt sein muss, d.h. es gibt ein Objekt davor.

Ich denke, das wäre doch das gleiche Szenario wie das Vaidmann Schema, oder hab ich da was übersehen? Komischerweise habe ich mit diesem Gedankenexperiment viel weniger Probleme. Es liegt möglicherweise daran, dass man sich als Physiker einfach an das Bild mit der Wellenfunktion gewöhnt und nicht mehr drüber nahdenkt, weil es eben so gut funktioniert und es, objektiv gesehen, nichts daran zu verbessern gibt.

Vielleicht doch nur "Pups mit Lala" ? Ich weiss es momentan nicht...

Das mit den Schwellen kann ich nicht ganz nachvollziehen. Wenn ich mit Photonen der Wellenlänge 600nm arbeite, so könnte ich diese, wenn ich das Objekt rundherum mit empfindlichen Detektoren überziehe auch feststellen, wenn sie einschlagen, genauso, wie ich ein Photon in den "Enddetektoren" registrieren kann. Oder, ich stell statt des Objekts eben einen Detektor hin. Registriere ich das Photon dort, so wird es hinten nicht registriert und ich kann einen Lautsprecher sagen lassen "Bombe explodiert", hinten hingegen, wenn der besagte Detektor anspricht, sage ich dann "Bombe gefunden".

Ich bin momentan so verwirrt, dass ich keinen konstruktiven Beitrag mehr dazu geben kann, werde aber weiter darüber nachdenken.

PS: kann es sein, dass man das ganze nicht aus dem Einteilchenbild betrachten darf, sonder quantenfeldtheoretisch ? falls ja, wüsste ich aber nicht, wie man das angehen sollte. Weiss es jemand besser ?

Bruce · Anmeldungsdatum: 20.07.2004 Beiträge: 537

A Schas mit Quastln => A Schas mit Quantln Big Laugh

Ich habe noch einen interessanten Text zur IFM gefunden,
der die physikalischen Zusammenhänge in deutlich strafferer
Form wiedergibt als der SdW Artikel, der im Wikipedia Artikel
zum Elitzur-Vaidmann Schema zitiert wird:

http://www.lanl.gov/orgs/p/pdfs/pr/pr_97_98/ifm.pdf

Gruß von Bruce