Автор Тема: Квантовое запутывание в домашних условиях  (Прочитано 17678 раз)

0 Пользователей и 1 Гость просматривают эту тему.

Оффлайн donavi

  • Постоялец
  • ***
  • Сообщений: 190
  • Репутация: +5/-3
Собственно загорелся я попыткой повторить эксперимент по квантовому запутыванию в домашних условиях.
Гуляя на просторах ютуба наткнулся на сие видео, где представлена довольно не сложная схема по квантовому запутыванию.

quantum entanglement experiment


Как я понял вся суть закручена на том что бы измерять поляризацию отдельных фотонов.
Ключевой момент является в этой установки BBO кристалл как я понял вырезан для того что бы конвертировать UV фотоны в красные.
Не пойму почему именно был взять BBO кристалл в чем разница между KTP кристаллом и BBO кристаллом?
И не проще было взять лазер на 1064nm и конвертировать BBO кристаллом или KTP в 532nm.  или тут теряется эффект генерации спутанных фотонов?
BBO second harmonic.avi


« Последнее редактирование: 02 Сентябрь 2013, 22:12:20 от donavi »

Оффлайн Gall

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 2736
  • Репутация: +172/-0
    • Sam's Laser FAQ на русском
Re: Квантовое запутывание в домашних условиях
« Ответ #1 : 03 Сентябрь 2013, 23:08:51 »
Дьявол, как водится, в деталях. Я уже это все однажды очень подробно разъяснял. Эффект ОЧЕНЬ тонкий. Схема действительно очень простая, но заставить ее работать жутко сложно. Без глубокого знания физики (тут даже не в домашних условиях дело) вообще не удастся понять, получились ли запутанные фотоны или нет, не говоря уж о том, чтобы вообще заставить конструкцию хоть как-то работать.

Почему не KTP, а именно BBO. Чисто теоретически разницы нет. Разница практическая. У авторов не было лазера с подходящими характеристиками (читай - с хорошей когерентностью, позволяющей манипулировать отдельными фотонами). Поэтому они решили сделать такой лазер сами. Мощность требуется небольшая, и выбрана была схема параметрического генератора (это такой очень экзотический вид лазеров с лазерной накачкой). В качестве накачки используется дешевый слабенький лазер 405 нм. На таких длинах волн параметрическую генерацию проще всего делать на BBO.

Тонкость (на которой, думаю, вся идея и обломается): BBO должен быть не абы какой, а специально сделанный для этой схемы. Начать, увы, придется с изучения технологии ориентации кристаллов по методу Лауэ...

Вся остальная схема с точки зрения принципа действия - фигня полная, а вот по конструированию - увы, нет. Она вся собрана из дорогущих ($1000 за штучку) деталей, и это не просто так, а потому что очень капризна она к точности. Здесь действительно нужен хороший оптический стол и очень точные подвижки с микрометрическими винтами.

Главный вопрос, а в итоге-то что получится? Ответ: два ФЭУ зарегистрируют импульсы от двух фотонов. ВСЕ. Вот и весь итог эксперимента. Затем предстоят долгие и скучные математические выкладки, из которых, быть может, выяснится, что фотоны, оказывается, запутаны были. А может и не выяснится. Что получить-то хотите?

Как давно известно, запутанные фотоны встречаются в природе на каждом шагу. В луче любого лазера и даже в солнечном свете их до фига. Сложность состоит не в том, чтобы их ПОЛУЧИТЬ (а чего получать-то, и так, считай, на дороге валяются), а в том, чтобы их ЗАМЕТИТЬ. Вот для этого (и только для этого) требуется сложная постановка эксперимента.

И вообще, кончайте заниматься алхимией. Хотите заниматься квантовой физикой - так для начала изучите хоть основы этой физики, уравнение Шредингера решать научитесь, задачку о водородоподобном атоме разберите, уравнения Максвелла заодно... Пытаться делать вещи с красивыми названиями ради названий, не понимая их физической сути, по меньшей мере нерационально.

Оффлайн Gall

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 2736
  • Репутация: +172/-0
    • Sam's Laser FAQ на русском
Re: Квантовое запутывание в домашних условиях
« Ответ #2 : 05 Сентябрь 2013, 10:15:13 »
P.S. Хотите получить много запутанных фотонов? Легко! Возьмите зеленую лазерную указку 532 нм. Включите. Бинго! Вы получили несколько миллионов запутанных фотонов. Правда, они щедро разбавлены обычными. Хотите в этом убедиться? Вот для этого уже потребуется капризная оптическая схема и ФЭУ.

P.P.S. Самая интересная часть в этой схеме - умение регистрировать отдельные фотоны с помощью ФЭУ. Эта штука универсальная и полезная. Вот ее я бы советовал сделать. Надо будет подобрать подходящий ФЭУ, сделать к нему корпус, питание, собрать усилитель. Корпусу надо уделить особое внимание: отдельные фотоны - это не шутка, любой случайный фотон будет регистрироваться, защита от постороннего света должна быть очень серьезной. Если же на такой ФЭУ попадет обычное комнатное освещение и тем более луч лазера, он сразу "ослепнет" и испортится - навсегда.

Оффлайн donavi

  • Постоялец
  • ***
  • Сообщений: 190
  • Репутация: +5/-3
Re: Квантовое запутывание в домашних условиях
« Ответ #3 : 05 Сентябрь 2013, 19:55:38 »
Фэу это имеется в виду Photomultiplier
http://www.ebay.com/itm/Hamamatsu-Photomultiplier-Unit-E990-/161057840886?pt=LH_DefaultDomain_0&hash=item257fcb9ef6

http://www.ebay.com/itm/Hamamatsu-H957-05-PMT-Photomultiplier-Tube-Lincoln-Laser-Clock-Preamp-Housing-/310729045487?pt=LH_DefaultDomain_0&hash=item4858e4f5ef

Как же я буду с лазерного излучения регистрировать отдельные фотоны если в него светить лазером нельзя.
тогда придется разрабатывать спец оптическую схему   что бы регистрировать поляризацию отдельных фотонов.
« Последнее редактирование: 05 Сентябрь 2013, 20:09:59 от donavi »

Оффлайн donavi

  • Постоялец
  • ***
  • Сообщений: 190
  • Репутация: +5/-3
Re: Квантовое запутывание в домашних условиях
« Ответ #4 : 05 Сентябрь 2013, 21:08:41 »
Правильно ли я понимаю сам процесс.  Спутанные фотоны двойняшки а то бывает и тройняшки   никогда не будут одинаково поляризованы.
То есть  если я замеряю поляризацию поляроидом у 532nm лазера с кристаллом ктр у которого изначально LD на 808nm и он поляризован линейно 500:1
то проходя через кристаллы результат получается  polarization ratio 300:1. (не совсем уже линейно поляризован)

Если каждый раз спутанные фотоны имеют разницу в поляризации тогда могу ли я скажем используя  зеленый лазер с ктр взять расщепитель луча разделить луч на два луча после поставить поляроиды, один будет сориентирован на Не пропускание  горизонтальной поляризации а другой на Не пропускание  вертикальной поляризации. И попытаться зафиксировать разницу в поляризации фотодиодами. Или обратно тут нужны супер мега APD фотодиоды.

Оффлайн Gall

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 2736
  • Репутация: +172/-0
    • Sam's Laser FAQ на русском
Re: Квантовое запутывание в домашних условиях
« Ответ #5 : 06 Сентябрь 2013, 14:50:04 »
Суть процесса такая. Спутанные фотоны бывают в общем-то любыми и в любом количестве. Просто "одинаковые" фотоны, которые выдает обычный лазер, спутанными называть не принято, хотя они и связаны между собой (это демонстрирует, например, классический эксперимент с двумя щелями). Термин "запутанность" применяют к частицам, имеющим какое-то четкое различие. В случае фотонов простейшее из таких различий - поляризация.

Фотон "не знает" своих характеристик (поляризации, направления движения и т.д.), пока какой-нибудь предмет, какая-то часть установки не заставит его "определиться с выбором". Суть квантового запутывания в том, чтобы получить как минимум два фотона, которые "делают выбор" вместе. Самый простой способ - сделать, чтобы фотоны в паре имели разную поляризацию. Как только один фотон свою поляризацию определит, второй тоже это сделает. Можно было бы выбрать не поляризацию, а какую-то другую квантовую характеристику... какую? Все остальное измерять очень неудобно и трудно, а эксперимент и так сложный.

Это можно сделать не только с фотонами, но и с электронами, протонами и вообще любыми квантовыми частицами. Однако работать с фотонами проще всего - не нужен вакуум, не нужны сложные магнитные поля, не нужны сверхнизкие температуры. В лабораториях удавалось наблюдать запутывание и электронов, и даже ядер атомов, но это в разы труднее и вряд ли имеет практическое применение. Фотон же - простая и "доступная" частица, для работы с которой достаточно обычной качественной оптики.

Существует бесчисленное множество способов получить что-то квантово запутанное, и в природе это происходит сплошь и рядом. Но мы хотим не просто получить, а получить и УБЕДИТЬСЯ В ЭТОМ. Поэтому мы конструируем специальную установку, которая делает запутанных фотонов мало, тем самым дает нам возможность каждую пару "близнецов" изучить индивидуально. Тем самым мы убедимся, что квантовое запутывание - не выдумка теоретиков, а действительно существующее явление.

Как же я буду с лазерного излучения регистрировать отдельные фотоны если в него светить лазером нельзя.
тогда придется разрабатывать спец оптическую схему   что бы регистрировать поляризацию отдельных фотонов.

Видно, что в сути эксперимента вы не разобрались...

Лазер выдает много фотонов. Параметрический кристалл некоторые из них превратит в гарантированно запутанные. Затем все лишние фотоны удаляются и "выбрасываются", остаются только подозреваемые в запутанности. Проверить на запутанность можно только одну отдельно взятую пару фотонов. Поэтому первое наше действие - взять РОВНО ОДНУ пару фотонов и выбросить все остальное. Мы можем повторить это, если потребуется, миллионы раз, но каждый раз мы должны из всех фотонов выбирать ровно одну пару. (Установка устроена так, что все лишние фотоны уходят в сторону, и только пары с подозрением на запутанность идут дальше в оптику; разумеется, это требует высокой точности изготовления и настройки).

Одна пара фотонов - это очень мало. Для изучения мы обязательно разделим эту пару, у нас получатся два отдельных фотона. Мы постараемся сначала разнести их как можно дальше, а потом проверим, продолжают ли они быть запутанными или нет. Для этого нам потребуются очень чувствительные датчики, способные видеть фотоны поодиночке. Нам придется постараться, чтобы никакие посторонние фотоны (в том числе обычные, незапутанные фотоны из лазера и даже запутанные фотоны из других пар) на датчик не попадали! Иначе на их фоне мы ничего не сможем разглядеть. Только один тип датчика способен видеть фотоны поодиночке - это фотоэлектронный умножитель (ФЭУ, Photomultiplier, PMT), все остальные датчики вроде фотодиодов слишком грубы для таких тонких опытов.

Вкратце схема эксперимента:
1) Делаем очень много фотонов, некоторые из них могут быть запутанными.
2) Выбрасываем все, что заведомо не запутано.
3) Из того, что осталось, выбрасываем столько, чтобы запутанные фотоны выходили отдельными парами не слишком часто (настолько редко, чтобы мы успевали посчитать эти фотоны поштучно!). В этом общем потоке фотонов будут и обычные, одиночные фотоны; их тоже не должно быть много, чтобы мы их могли отбраковать (опять же, поштучно).
4) Каждый фотон и каждую пару фотонов мы принимаем на ФЭУ (после всех выбрасываний и отбраковок свет останется очень слабый, как раз такой, как для ФЭУ нужен) и регистрируем сигнал в компьютер.
5) Компьютер вычисляет, были ли фотоны, попавшие на ФЭУ, запутаны, и считает процент запутанных фотонов в нашем потоке.

Практическое использование: никакое. Это чисто исследовательский прибор для фундаментальной науки. Он умеет только отвечать "да" или "нет" на вопрос "бывают ли запутанные фотоны?". Этот прибор ученые уже собрали до нас и получили ответ "да". Но мы можем собрать такой же прибор, чтобы проверить, не обманывают ли нас. Надо только понимать, что ответ "нет" получить на этом приборе гораздо сложнее, чем ответ "да": надо быть уверенным на 200%, что прибор собран абсолютно правильно. В любительских условиях скорее всего получится ответ "а черт его знает", потому что установку придется собирать из некачественных деталей по упрощенной схеме, которая работать и не обязана. Но если повезет, можно получить неуверенное "скорее да". (Доказывать существование явления, как вы уже знаете, гораздо проще, чем доказывать несуществование; физикам повезло - явление оказалось существующим).

Но вообще у квантового запутывания есть практическое применение - криптография. Дело в том, что фотоны остаются запутанными до тех пор, пока между детекторами, на которые они попадают, поддерживается связь. (Именно поэтому нельзя использовать запутывание для передачи информации со сверхсветовой скоростью: приемник должен быть заранее предупрежден о том, какой фотон ему придет). Вот упрощенная идея, как этим воспользоваться для секретной связи. Мы начинаем делать пары запутанных фотонов. Один фотон каждой пары принимаем сами, второй отправляем корреспонденту одновременно с сообщением, какая из поляризаций осталась у нас, но иногда мы говорим правду, а иногда врем. Правда означает бит "1", ложь означает бит "0". Корреспондент получает фотон, сравнивает его поляризацию с нашим сообщением и узнает, сказали мы правду или солгали. Тем самым - раскодирует последовательность "0" и "1". Если же в канал попытается вмешаться злоумышленник, он неминуемо нарушит запутанность фотонов, и их поляризация станет какой попало. Тем самым злоумышленник во-первых получит ерунду, а во-вторых будет сразу обнаружен, ведь корреспондент тоже получит ерунду.

Эти схемы существуют на практике и интересны, но конструктивно довольно сложны. В домашних условиях сделать туннельный микроскоп или маленький термоядерный реактор значительно проще, чем квантовую криптографию. (Хотите - объясню, как именно; туннельный микроскоп вообще просто).
« Последнее редактирование: 06 Сентябрь 2013, 15:02:12 от Gall »

Оффлайн Gall

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 2736
  • Репутация: +172/-0
    • Sam's Laser FAQ на русском
Re: Квантовое запутывание в домашних условиях
« Ответ #6 : 06 Сентябрь 2013, 15:00:47 »
Идея получения фотонов в параметрическом кристалле: в кристалле одновременно идет смешивание частот (вычитание или сложение, частный случай - сложение с той же частотой, то есть удвоение) и двупреломление. Физически эти эффекты связаны (см. Звелто, там подробный расчет с формулами). Каждая пара фотонов, рождающаяся в процессе преобразования частот, в силу одновременности своего происхождения будет запутанной, если только мы не нарушим эту запутанность позднее. От нас требуется (а) аккуратно работать с каждой парой в отдельности и не разрушить нечаянно запутанность, и (б) отделить запутанные фотоны от "мусора" - света исходного лазера, случайных фотонов и прочего.

Рождение более чем двух частиц в одном акте взаимодействия хотя и бывает, но исключительно маловероятно и не во всяком процессе возможно. Поэтому мы говорим о парах фотонов, а не о тройках или четверках. Чаще всего фотоны вообще рождаются поодиночке. Только в лазерах и параметрических генераторах количество парных фотонов становится заметным. И только параметрический кристалл позволяет сделать фотоны в одной паре различимыми - с разной поляризацией. В обычном лазере фотоны в парах поляризованы одинаково, а если поляризация разная - это фотоны не из пары, поэтому в луче обычного лазера найти запутанные фотоны невозможно (хоть они там и есть).

Оффлайн donavi

  • Постоялец
  • ***
  • Сообщений: 190
  • Репутация: +5/-3
Re: Квантовое запутывание в домашних условиях
« Ответ #7 : 07 Сентябрь 2013, 22:09:13 »
Благодарю за столь обширный ответ.
Меня вот теперь интерферирует этот пункт
Цитировать
2) Выбрасываем все, что заведомо не запутано.

Как это сделать. я хочу отделить не запутанные фотоны и на выходе иметь много запутанных пар фотонов.  Прям как сито которое пропускает только запутанные и побольше прям уж миллионы.  но при этом что бы сито срабатывало на все 100%

Оффлайн Gall

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 2736
  • Репутация: +172/-0
    • Sam's Laser FAQ на русском
Re: Квантовое запутывание в домашних условиях
« Ответ #8 : 08 Сентябрь 2013, 01:05:03 »
Это противоречит самой идее квантового запутывания.

Частицы не могут быть запутаны сами по себе. Они запутаны только тогда, когда мы их ждем с прибором, обнаруживающим это запутывание. Это одна из разновидностей "кота Шредингера", или, если хотите, эксперимента с двумя щелями:
Загадка квантовой физики - эксперимент с двумя щелями


Чтобы частицы стали запутанными, необходимо и достаточно:
1. Поставить две разных частицы в равные условия, и заставить случайным образом разойтись по двум разным путям.
2. В конце пути одновременно! зарегистрировать обе частицы и сверить результат. (Для этого необходим канал связи, поэтому квантовое запутывание нельзя использовать для передачи информации со сверхсветовой скоростью; передача информации не будет быстрее, чем этот обычный канал связи).

Если мы не регистрируем частицы в конце пути, они не будут запутанными.
Если мы делаем так много частиц, что наши детекторы не могут зарегистрировать каждую из них в отдельности, по одной - они не будут запутанными. (Быстрый детектор, быть может, 10 миллионов частиц в секунду и сможет зарегистрировать, но это уже непросто).
Если мы попытаемся облучать что-то "запутанными" частицами, чтобы они на это "подействовали" - частицы не будут запутанными. Ведь при воздействии на вещество частица должна поглотиться, значит, она уже не попадет на детектор, а без детектора она не сможет быть запутанной.

Оффлайн Gall

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 2736
  • Репутация: +172/-0
    • Sam's Laser FAQ на русском
Re: Квантовое запутывание в домашних условиях
« Ответ #9 : 08 Сентябрь 2013, 01:16:54 »
Спрашивается, для чего можно использовать запутанные частицы? В общем-то ни для чего. Можно только любоваться фактом запутанности.

Зато можно использовать запутанность, а именно "хрупкость" этого явления, для шифрования информации. Мы знаем, что любое вмешательство разрушает запутанность. Это как раз то свойство, которое нужно для передачи секретных данных. Передавая секретные данные запутанными фотонами, мы гарантируем, что любая попытка перехвата этих фотонов нарушит запутанность, тем самым оборвет связь, а злоумышленник вместо запутанных фотонов получит обычные, информации не несущие. На практике, однако, эта схема пока не реализована в силу чисто технических причин (сложно).

Думаю, многие вопросы отпали сами собой :)

Оффлайн Gall

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 2736
  • Репутация: +172/-0
    • Sam's Laser FAQ на русском
Re: Квантовое запутывание в домашних условиях
« Ответ #10 : 08 Сентябрь 2013, 11:29:14 »
Пока укладывал спать ребенка, придумал простое популярное объяснение явления запутанности. Оно не очень строгое, но основную суть отражает. Запутывать для простоты будем электроны - с фотонами дело обстоит точно так же.

Мы уже знаем эксперимент с двумя щелями (см. выше). Мы знаем, что если наблюдать за электроном, он не будет проявлять квантовых свойств. Попробуем перехитрить электрон. Вместо одного электрона возьмем два одинаковых и будем смотреть, через какую щель они пролетели. Если повезет, они пролетят через разные щели. Несмотря на то, что мы следили за электронами, они проявят волновые свойства - ведь ничто не мешает электронам провзаимодействовать потом, уже после щелей, пока мы не следим. Если не повезет, оба электрона пройдут через одну и ту же щель, тогда, конечно же, никаких волновых свойств не будет. Тогда просто попробуем снова, рано или поздно нам повезет.

Пока это просто два взаимодействующих электрона. Но мы пойдем дальше. Сделаем эти электроны немного разными, например, с разными спинами (то же самое, что фотоны с разными поляризациями). Но наблюдателей на щелях настроим так, чтобы они ни в коем случае не следили за спинами. Когда через каждую щель пройдет по одному электрону, мы не будем знать, который из них какой.

Вот здесь и начинаются чудеса. Оказывается, эта ситуация ничем не отличается от ситуации, когда электрон один, а наблюдателя нет. Действительно, через каждую щель прошло по 1 электрону, но мы не знаем, какой из электронов это был. А может и не один электрон вовсе, а две половинки двух разных электронов - а вдруг? Мы никогда не видели половинку электрона, но ухитряется же один электрон как-то побывать сразу в обеих щелях, пока мы не смотрим?  Получается, что мы вроде бы и электроны видели, и знаем, что спины у них разные, но при этом вроде бы и не наблюдали толком. Два электрона полетят так, как полагается при дифракции. И самое забавное - они сами "не разберутся" при этом, кто из них кто, пока не попадут в экран.

Сделаем специальный экран, который различает спины. Для простоты договоримся, что спин "вверх" создает на экране красную точку, а спин "вниз" - синюю. Неудивительно, что один электрон создаст синюю точку, а другой - красную. Стоп! Разве электроны после щелей не перемешались, когда интерферировали друг с другом? Получается, что временно перемешались, но смогли разделиться снова. Это явление и носит название "квантовой запутанности".

Перемешивание частиц встречается на каждом шагу. Словом "запутанность" мы называем один частный случай: когда заведомо разные частицы были когда-то заведомо разделены, потом перемешались в одну "двойную частицу", и потом снова разделились, сохранив свои свойства. Эта ситуация очень "хрупкая", поэтому для ее наблюдения нужна специальная постановка эксперимента.

Оффлайн donavi

  • Постоялец
  • ***
  • Сообщений: 190
  • Репутация: +5/-3
Re: Квантовое запутывание в домашних условиях
« Ответ #11 : 10 Сентябрь 2013, 22:41:52 »
Цитировать
Если мы попытаемся облучать что-то "запутанными" частицами, чтобы они на это "подействовали" - частицы не будут запутанными. Ведь при воздействии на вещество частица должна поглотиться, значит, она уже не попадет на детектор, а без детектора она не сможет быть запутанной.
По поводу этого у меня была такая вот мысля. частицы проходя через некое вещество возможно часть их и поглотится но остальная часть пройдет.
Это же как с раман  часть фотонов отражается от вещества. Так вот мысля была такой а что если мы будем генерировать спутанные фотоны и пропускать их через вещество или так чтобы они отражались от вещества и потом улавливать их при помощи Photomultiplier. Возможно спиновые состояния фотонов будут меняться при попадании их на вещество или отражении. :blink:

Оффлайн Gall

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 2736
  • Репутация: +172/-0
    • Sam's Laser FAQ на русском
Re: Квантовое запутывание в домашних условиях
« Ответ #12 : 11 Сентябрь 2013, 14:48:10 »
Цитировать
Если мы попытаемся облучать что-то "запутанными" частицами, чтобы они на это "подействовали" - частицы не будут запутанными. Ведь при воздействии на вещество частица должна поглотиться, значит, она уже не попадет на детектор, а без детектора она не сможет быть запутанной.
По поводу этого у меня была такая вот мысля. частицы проходя через некое вещество возможно часть их и поглотится но остальная часть пройдет.
Это же как с раман  часть фотонов отражается от вещества. Так вот мысля была такой а что если мы будем генерировать спутанные фотоны и пропускать их через вещество или так чтобы они отражались от вещества и потом улавливать их при помощи Photomultiplier. Возможно спиновые состояния фотонов будут меняться при попадании их на вещество или отражении. :blink:
Фокус не пройдет. НИ ОДИН из поглощенных фотонов не будет запутанным. НИ ОДИН из прошедших запутанных фотонов не провзаимодействует с веществом. ВСЕ отражения запутанных фотонов будут упругими, т.е. не оставляющими следа.

В этом опять же суть "квантовой запутанности". Нельзя видеть одну и ту же запутанность двумя разными способами. Если фотон долетел до ФЭУ в запутанном виде, значит, он не оставил в веществе никаких следов своей запутанности. Если же он "наследил" в веществе, то у нас нет способа обнаружить это "немедленно" (если только вещество - не катод ФЭУ), а при этом, как мы уже знаем, запутанности опять же не бывает.

Коротко: запутанный фотон при взаимодействии с веществом делает то же самое, что и фотон обычный.

Откуда уверенность? Да из самого факта существования квантовой запутанности. Запутанность - это верхушка айсберга. То, что мы ее видим, подтверждает, что наше представление о квантовых процессах - верное. А это значит, что мы можем многие сложные эксперименты заменить на простые математические выкладки и сразу понять, что получится. Я не пишу здесь формул, потому что это (а) неудобно на движке форума и (б) не прочитав 8-й том Ландау, их все равно не поймешь, но я могу все свои слова записать и языком математики тоже.

Очень может быть, что вы придумаете какой-то новый случай наблюдения запутанности, который никому пока неизвестен. Но не "на пальцах". В 19-м веке, пока "белых пятен" в физике было много, можно было пойти наугад и найти нечто неизведанное. Сейчас пути "наугад" и "в рамках школьной физики" приводят всегда в уже известные и скучные места, где нет ничего нового. Чтобы новое найти, надо искать неизведанные пути в ФОРМУЛАХ физики: новые явления могут быть только там, где пока не удается написать уравнение. В данном случае начинать надо с КВАНТОВОЙ ЭЛЕКТРОДИНАМИКИ - записать пропагатор для запутанных фотонов и посмотреть, в каких случаях при взаимодействии с веществом получается уравнение, отличающееся от уравнения для пропагатора обычного фотона. Там и искать.

Оффлайн Andrej77

  • Новичок
  • *
  • Сообщений: 13
  • Репутация: +0/-0
Re: Квантовое запутывание в домашних условиях
« Ответ #13 : 03 Август 2018, 10:09:57 »
Противоречие какое-то получается. Если в луче света лазера полно запутанных фотонов, то разделив луч на 2 и изменяя один из них можно действовать на другой. Например уничтожив все фотоны первого луча, второй должен изменить интенсивность. Хотя такого не происходит

Оффлайн Gall

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 2736
  • Репутация: +172/-0
    • Sam's Laser FAQ на русском
Re: Квантовое запутывание в домашних условиях
« Ответ #14 : 03 Август 2018, 10:43:45 »
Противоречие какое-то получается. Если в луче света лазера полно запутанных фотонов, то разделив луч на 2 и изменяя один из них можно действовать на другой. Например уничтожив все фотоны первого луча, второй должен изменить интенсивность. Хотя такого не происходит
Неправда, происходит и называется "интерференция". Как раз это можно наблюдать. Но запутанность трудно сохранить. При "наивном" делении луча пополам все почти наверняка распутается. Вообще запутанность - это предельный случай когерентности.

Оффлайн Andrej77

  • Новичок
  • *
  • Сообщений: 13
  • Репутация: +0/-0
Re: Квантовое запутывание в домашних условиях
« Ответ #15 : 03 Август 2018, 12:45:59 »
Тогда странно почему оно "распутывается" ?
« Последнее редактирование: 03 Август 2018, 13:04:17 от Andrej77 »

Оффлайн Gall

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 2736
  • Репутация: +172/-0
    • Sam's Laser FAQ на русском
Re: Квантовое запутывание в домашних условиях
« Ответ #16 : 03 Август 2018, 16:56:47 »
Тогда странно почему оно "распутывается" ?
Потому что это одно из главных свойств квантовой запутанности и квантовой механики вообще.

Запутанность - это ситуация, когда мы имеем две частицы, знаем, что их две, но в силу квантовомеханических законов не можем точно сказать, которая из них какая. Как только мы любым способом это установим, так запутанность автоматически и пропадет. Отсюда и сложность в ее поддержании: надо растащить две частицы на расстояние друг от друга, но так, чтобы по ходу дела случайно не выяснить, которая какая. Тогда мы сможем наблюдать великолепное явление, когда определение свойств одной частицы мгновенно заставляет вторую частицу тоже раскрыть свои свойства, хотя они и не рядом. Это и есть явление запутанности.

Иными словами, сами по себе запутанные частицы ничем не примечательны. Интересен только момент их распутывания. Распутать можно только один раз. Поскольлку распутать частицы очень легко, сложность в том и состоит, чтобы не сделать этого нечаянно раньше времени.

Оффлайн Andrej77

  • Новичок
  • *
  • Сообщений: 13
  • Репутация: +0/-0
Re: Квантовое запутывание в домашних условиях
« Ответ #17 : 03 Август 2018, 19:05:08 »
В лазере есть линзы и зеркала бывают. Разве проходя через их они не распутываются?

Оффлайн Andrej77

  • Новичок
  • *
  • Сообщений: 13
  • Репутация: +0/-0
Re: Квантовое запутывание в домашних условиях
« Ответ #18 : 03 Август 2018, 19:12:28 »
А как вообще можно получить одиночный фотон? Хочу провести опыт с двумя щелями, который давным давно уже провели. Значит оборудование не такое и сложное?

Оффлайн Gall

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 2736
  • Репутация: +172/-0
    • Sam's Laser FAQ на русском
Re: Квантовое запутывание в домашних условиях
« Ответ #19 : 04 Август 2018, 19:44:33 »
В лазере есть линзы и зеркала бывают. Разве проходя через их они не распутываются?
Нет. Оптические элементы сами по себе вообще на запутывание не влияют. В установке для исследования запутанности линз и зеркал еще больше. До тех пор, пока элемент оптики пропускает все фотоны одинаково, он ничего не распутает. По той же причине, по которой обычно не происходит распутывания, когда фотоны просто куда-то идут через пустоту. Тут важна аккуратность проектирования установки, чтобы какая-то деталь не сработала как анализатор раньше времени.

Фотоны в лазере, рождающиеся в результате вынужденного излучения, изначально рождаются как клоны друг друга. В нелинейных кристаллах тоже можно получать фотоны-клоны. Это может быть уже запутанность, но не всегда та, которая нужна. Более сложными приемами можно запутать два фотона разных поляризаций.

Цитировать
А как вообще можно получить одиночный фотон? Хочу провести опыт с двумя щелями, который давным давно уже провели. Значит оборудование не такое и сложное?
Насчет "не такого и сложного оборудования": да, не такое и сложное; нет, сделать трудно. Почему? Потому что "несложное" оборудование лабораторий конца XIX-го века предполагало наличие стеклодувных горелок, вакуумных насосов (в то время еще ртутных), бутылок с реактивами (в том числе с запрещенными сейчас), запаса стекла разных сортов, проволоки из разных металлов (никель, вольфрам), кварцевых трубок, ну и прочего довольно низкотехнологичного, но от того не менее дорогого и все равно труднодоступного барахла. О технологии можно почитать у Стронга "Практика современной физической лаборатории", "Техника физического эксперимента" (книги 40-х годов). С современной электроникой стало легче - например, пикоампертные токи делать и измерять теперь можно с помощью современных микросхем, но остальное упростилось не очень. Вакуумные детали, например, делаются серийно, но новые стоят очень дорого. Слишком дорого для любительских опытов.

Для получения одиночных фотонов достаточно просто ослабить свет почти до нуля. Свет состоит из фотонов, которые неделимы, поэтому ослабление света - это просто уменьшение количества фотонов в секунду. Если ослабить очень-очень сильно, то фотоны будут одиночными. Тут главное - исключить всякое постороннее излучение, которого может быть слишком много. Например, просто черная коробка вполне может немножко фотонов пропускать, и весь эксперимент будет насмарку.

Эксперимент с двумя щелями ставят обычно не на фотонах (и так ясно, что они волна), а на электронах, протонах или чем-то еще тяжелом. Этот эксперимент ставится "просто" - просто для лаборатории, в которой есть вакуумные насосы и высоковольтные трансформаторы. Электроны дифгагируют, и в этом можно убедиться, создав пучок электронов (как в кинескопе - это научились делать в конце XIX века). Можно наблюдать дифракцию электронов (а на ядерном реакторе - еще и нейтронов) на атомах в любом кристаллическом веществе. На тех же атомах прекрасно дифрагирует и рентгеновское излучение. При наличии оборудования - нетрудно.

Дифракцию света на двух щелях без одиночных фотонов наблюдать очень легко. Работает даже при прорезании щелей просто бритвой в пищевой фольге. Несколько сложнее убедиться в том, что свет состоит из одиночных фотонов. Для этого надо взять ФЭУ, подключить и постепенно ослаблять свет. По мере ослабления сигнал с ФЭУ будет принимать характер одиночных импульсов, и станет ясно, что свет состоит из отдельных частиц: по мере ослабления света импульсы будут становиться все реже, но не будут становиться слабее. Хороший ФЭУ с правильным источником питания способен регистрировать отдельные фотоны поодиночке. В исследовании рентгеновского излучения, радиации и т.д. принято считать частицы поодиночке, и один из способов регистрации - сцинтилляционный; это когда берут кристалл, испускающий по одному фотону (или ровно по два фотона) на каждую пролетевшую через него частицу радиации, и с помощью ФЭУ эти фотоны подсчитывают. В современной технике вместо ФЭУ иногда используют специальные лавинные фотодиоды, но тоже может быть дорого и сложно для любителя.

В целом: любитель повторить эксперимент может, но при условии, что имеет время, место и деньги для организации хобби-лаборатории. Надо освоить работу хотя бы с проявкой фотоматериалов, желательно с высоким напряжением тоже, а если уж совсем серьезные вещи делать, тогда и вакуум потребуется. В институтах такие вещи просто покупают, но любитель вряд ли готов покупать оборудование ценой в спортивный автомобиль, поэтому придется покупать старое-убитое и ремонтировать, что само по себе непростая задачка.

Оффлайн Andrej77

  • Новичок
  • *
  • Сообщений: 13
  • Репутация: +0/-0
Re: Квантовое запутывание в домашних условиях
« Ответ #20 : 05 Август 2018, 08:05:46 »
Для получения одиночных фотонов...
А если уменьшить яркость до одиночных фотонов и  регистрировать интерференционный узор фотопленкой для фотоаппарата с высокой чувствительностью как думаете пойдет? Регистрация займет наверно много времени. Если пойдет тогда еще одна проблема нужен детектор возле одной их щелей.
« Последнее редактирование: 05 Август 2018, 11:02:16 от Andrej77 »

Оффлайн Gall

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 2736
  • Репутация: +172/-0
    • Sam's Laser FAQ на русском
Re: Квантовое запутывание в домашних условиях
« Ответ #21 : 05 Август 2018, 19:49:48 »
А если уменьшить яркость до одиночных фотонов и  регистрировать интерференционный узор фотопленкой для фотоаппарата с высокой чувствительностью как думаете пойдет? Регистрация займет наверно много времени. Если пойдет тогда еще одна проблема нужен детектор возле одной их щелей.
Почти пойдет. Надо брать черно-белую пленку и отрабатывать технологию проявления (обычный проявитель "из бутылки" вряд ли подойдет, надо шаманить с рецептами проявки, рекомендованными для ядерной физики и т.д., там проявитель отличается). Слишком чувствительную пленку брать не стоит, она ложные срабатывания дает.

Детектировать проходжение фотона через щель, не уничтожив этот фотон, строго говоря, нельзя. Фотон не имеет заряда.

Оффлайн Andrej77

  • Новичок
  • *
  • Сообщений: 13
  • Репутация: +0/-0
Re: Квантовое запутывание в домашних условиях
« Ответ #22 : 05 Август 2018, 20:28:54 »
А если уменьшить яркость до одиночных фотонов и  регистрировать интерференционный узор фотопленкой для фотоаппарата с высокой чувствительностью как думаете пойдет? Регистрация займет наверно много времени. Если пойдет тогда еще одна проблема нужен детектор возле одной их щелей.
Почти пойдет. Надо брать черно-белую пленку и отрабатывать технологию проявления (обычный проявитель "из бутылки" вряд ли подойдет, надо шаманить с рецептами проявки, рекомендованными для ядерной физики и т.д., там проявитель отличается). Слишком чувствительную пленку брать не стоит, она ложные срабатывания дает.

Детектировать проходжение фотона через щель, не уничтожив этот фотон, строго говоря, нельзя. Фотон не имеет заряда.
Я сегодня повторил опыт с лазерной указкой и фольгой. У меня даже через одну прорезанную щель появляется интерференционный  узор. Как такое может быть? А если светить фонариком в одну щель получается 3 вертикальные полосы. Просто свет падает под разными углами наверно. С обычным фонариком вместо лазера должен быть этот узор?

Оффлайн Gall

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 2736
  • Репутация: +172/-0
    • Sam's Laser FAQ на русском
Re: Квантовое запутывание в домашних условиях
« Ответ #23 : 05 Август 2018, 21:01:46 »
Для появления интерференционных полос действительно достаточно одной щели или одной нити, но при условии, что она достаточно толстая. Интерференция происходит между лучами, идущими от двух разных краев одной и той же щели.

Кстати, таким образом можно измерять диаметр маленьких отверстий или толщину тонкой проволоки, волос и т.д. Измерить расстояние между максимумами дифракционной картины и посчитать.

С обычным фонариком дифракционная картина слабая и трудно наблюдаемая. С нелазерным светом надо предварительно сымитировать точечный источник: задиафрагмировать маленьким отверстием и поставить достаточно далеко. В белом свете дифракцию наблюдать трудно, поэтому обычно цвет как минимум окрашивают светофильтром, а по возможности вообще выделяют монохроматором одну длину волны. Поскольку свет при всех этих манипуляциях теряется, источник нужен очень яркий. До появления лазеров использовали либо Солнце и зеркало-гелиостат, либо ртутную дуговую лампу. Подробнее см.: Р. В. Вуд, "Физическая оптика". Эта книга отдельно интересна тем, что написана ДО теории относительности и квантовой механики, еще в то время, когда предполагалось существование эфира. Но главное то, что в ней практических рецептов больше, чем теории.

Практический рецепт для получения маленьких отверстий или щелей: берется обычное зеркало, а щель прорезается бритвой в зеркальном слое (на обратной стороне). Желательно под микроскопом. Тоже из Вуда.

P.S. Книга Вуда на русском языке весьма редкая, а вот на английском она лежит открыто, так как срок авторских прав давно истек: https://archive.org/details/physicaloptic00wood
Да, книге и правда больше ста лет уже.
« Последнее редактирование: 05 Август 2018, 21:06:48 от Gall »

Оффлайн Andrej77

  • Новичок
  • *
  • Сообщений: 13
  • Репутация: +0/-0
Re: Квантовое запутывание в домашних условиях
« Ответ #24 : 05 Август 2018, 21:12:04 »
Для появления интерференционных полос действительно достаточно одной щели или одной нити, но при условии, что она достаточно толстая. Интерференция происходит между лучами, идущими от двух разных краев одной и той же щели.
Почему от лазерной указки свет проходя через щель становится горизонтальной линией, если щель вертикально расположена, на экране? От фонарика такого нет.

Оффлайн Gall

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 2736
  • Репутация: +172/-0
    • Sam's Laser FAQ на русском
Re: Квантовое запутывание в домашних условиях
« Ответ #25 : 05 Август 2018, 21:44:11 »
Это та же самая дифракция. От фонарика эффект получить можно, если отодвинуть фонарик очень далеко от щели (на практике свет при этом ослабнет настолько, что надо будет фотографировать на пленку, глазом не увидеть). Картина полос, как в теории, не получается из-за накладывающихся отражений от краев щели и от неровности этих краев, много картин замазывают друг друга.

Хорошую щель можно получить из двух лезвий бритвы. Но очень желательно механизм точных перемещений для регулировки щели. В идеале - микрометрический винт. (Вообще в оптике очень трудно ставить опыты, не имея хорошей мастерской металлообработки, желательно со станками, в идеале еще с литьем в песок: механизмы точных перемещений и жесткие металлические рамы нужны часто. Либо придется покупать много готовых деталей, что бывает дорого.)

Оффлайн Andrej77

  • Новичок
  • *
  • Сообщений: 13
  • Репутация: +0/-0
Re: Квантовое запутывание в домашних условиях
« Ответ #26 : 06 Август 2018, 05:57:58 »
Скажите а не снизится ли чувствительность черно-белой фотопленки если я буду использовать красный лазер? Или лучше подавать на пленку весь спектр? Например использовать белый светодиод? И можно ли уменьшая напряжение на светодиоде уменьшить его яркость до одиночных фотонов? А какая вообще оптимальная ширина щелей и расстояние между ними? Может уже есть готовая схема для сборки не подскажите?
« Последнее редактирование: 06 Август 2018, 05:59:55 от Andrej77 »

Оффлайн Gall

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 2736
  • Репутация: +172/-0
    • Sam's Laser FAQ на русском
Re: Квантовое запутывание в домашних условиях
« Ответ #27 : 07 Август 2018, 13:37:20 »
Скажите а не снизится ли чувствительность черно-белой фотопленки если я буду использовать красный лазер? Или лучше подавать на пленку весь спектр?


Снизится (хотя смотря какая пленка, панхроматические красный нормально чувствуют). Но для опыта необходимо монохроматическое излучение, весь спектр подавать нельзя. Проще всего взять зеленый лазер, самая дешевая указка на 5 мВт пойдет.

Причина: у фотоматериалов, как и у фотоэффекта, есть красная граница. К слишком большим длинам волн все это нечувствительно. Несенсибилизированная самодельная эмульсия из желатина + AgBr чувствительна вообще только к синему. Панхроматы работают и с красным, но максимум чувствительности у них - на зеленом. Все это относится и к ФЭУ; лучшие ФЭУ, способные регистрировать одиночные фотоны, чувствительны только к сине-зеленой области.

Цитировать
Например использовать белый светодиод? И можно ли уменьшая напряжение на светодиоде уменьшить его яркость до одиночных фотонов? А какая вообще оптимальная ширина щелей и расстояние между ними? Может уже есть готовая схема для сборки не подскажите?

Любой источник можно ослабить до одиночных фотонов. Но для предсказуемости результата надо брать не белый, а монохроматический свет. Зеленый лазер, или ртутную дуговую лампу с монохроматором, выделяющим зеленую линию ртути.

Расстояние между щелями для лазера может быть до 10 см и при желании даже больше, для нелазерного источника следует делать доли миллиметра (иначе длины когерентности не хватит). Ширина самих щелей - микрометры. Но вообще просто возьмите классические формулы дифракции на одной щели и на двух щелях, а также формулу брэгговской дифракции на решетке: они покажут, чего ждать. В таких опытах надо сравнивать расчет с ожиданием. Как считать, лучше всех объясняет Вуд.

Собственно, вот задачка с решением:
https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D0%B8%D1%84%D1%80%D0%B0%D0%BA%D1%86%D0%B8%D1%8F_%D0%BD%D0%B0_N-%D1%89%D0%B5%D0%BB%D1%8F%D1%85

С фотонами удастся увидеть отличие картины для одной щели от картины для двух щелей, которое не будет исчезать даже при ослаблении света до одиночных фотонов. Это будет значить, что фотон ухитряется пройти через обе щели сразу. Но не удастся поставить детектор на одну из щелей. Можно будет только закрыть щель. Опыт с детектором на щели ставится только на заряженных частицах (электронах), для чего требуется как минимум высокий вакуум. А вообще прибор, основанный на этом явлении, выпускается серийно и называется "электронный микроскоп". Вот результат прохождения пучка электронов через кристалл:
http://femto.com.ua/articles/part_1/p1/1119935-31.jpg
Как видно, электроны дифрагируют. Форма картины в виде пятен получается при дифракции на трехмерной структуре.
« Последнее редактирование: 07 Август 2018, 13:39:23 от Gall »

Оффлайн Andrej77

  • Новичок
  • *
  • Сообщений: 13
  • Репутация: +0/-0
Re: Квантовое запутывание в домашних условиях
« Ответ #28 : 07 Август 2018, 14:05:14 »
Спасибо за ответы. Я решил не заморачиваться с пленкой, а взять фотоаппарат типа canon 1200 d , подавать свет прямо в объектив и регистрировать фотоны на большой, ручной выдержке.Тем более iso можно настраивать. Там и красный лазер наверно пойдет.
« Последнее редактирование: 07 Август 2018, 14:11:15 от Andrej77 »

Оффлайн Gall

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 2736
  • Репутация: +172/-0
    • Sam's Laser FAQ на русском
Re: Квантовое запутывание в домашних условиях
« Ответ #29 : 07 Август 2018, 14:52:46 »
Матрица нашумит. Единичные фотоны на таких фотоаппаратах тонут в шуме матрицы и просто не видны. Собственно, потому и берут пленку, что у нее нет такого шума даже при экспозиции длительностью во много суток. Полупроводниковые детекторы обычно приходится охлаждать жидким азотом.

Более точная цифра: для белого солнечного света расстояние между щелями должно быть 0.05 мм. С красными лазерами получались голограммы больше 10 см, т.е. со щелями тоже точно получится.

Оффлайн Andrej77

  • Новичок
  • *
  • Сообщений: 13
  • Репутация: +0/-0
Re: Квантовое запутывание в домашних условиях
« Ответ #30 : 07 Август 2018, 17:42:52 »
Может шума все-таки не так много будет?
Купил зеленый лазер. В комплекте есть насадка, луч проходя через переливающиеся на свету стеклышко разбивается на множество точек. Причем чем ближе точка к центру, тем она ярче. Я думаю это интерференция?
« Последнее редактирование: 07 Август 2018, 18:40:58 от Andrej77 »

Оффлайн Gall

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 2736
  • Репутация: +172/-0
    • Sam's Laser FAQ на русском
Re: Квантовое запутывание в домашних условиях
« Ответ #31 : 08 Август 2018, 00:18:49 »
Да, это классическая интерференция. Более того, интерференцией даже сложные картинки делать можно. Это не проблема. Явление настолько хорошо изучено, что его можно применять даже в сувенирной продукции.

Шума обычно получается как раз много. Ну попробуйте просто снять темноту с выдержкой в полчаса. Именно в домашних условиях пленка - проще. Пленку надо брать не слишком большой чувствительности (100) и аккуратно проявлять - тут лучше смешать проявитель самому по рецепту, а не брать готовую смесь. Ну что поделаешь.

Кстати, щели очень хорошо делать тем же фотоспособом, да и не только щели. Дифракция с интерференцией хорошо получается, если в качестве объекта взять изображение на фотопленке. Те же две щели можно не прорезать, а сделать в виде двух прозрачных линий на черной пленке, что довольно легко делается фотоспособом: нарисовать на бумаге и сфотографировать на пленку с сильным уменьшением. Если же изображение на пленке получать с помощью самой же интерференции, это будет называться "голограмма", и интерференционная картина тогда будет выглядеть как полноценное объемное изображение. Это достижимо в домашних условиях с красным лазером, но специальные фотопластинки придется купить.

Оффлайн Andrej77

  • Новичок
  • *
  • Сообщений: 13
  • Репутация: +0/-0
Re: Квантовое запутывание в домашних условиях
« Ответ #32 : 08 Август 2018, 06:13:39 »
Если я установлю на фотоаппарате iso 100 то шума не так уж и много, а если 6400 тогда да очень много.

Оффлайн Gall

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 2736
  • Репутация: +172/-0
    • Sam's Laser FAQ на русском
Re: Квантовое запутывание в домашних условиях
« Ответ #33 : 09 Август 2018, 02:02:33 »
Если сделать выдержку в часы, то шума будет много даже на 100. По сравнению с фотоаппаратом пленка на 100 не шумит совсем, но даже этого шума слишком много, когда речь об одиночных фотонах. В лабораториях матрицы жидким азотом не от хорошей жизни охлаждают.

Оффлайн Andrej77

  • Новичок
  • *
  • Сообщений: 13
  • Репутация: +0/-0
Re: Квантовое запутывание в домашних условиях
« Ответ #34 : 09 Август 2018, 19:42:44 »
Если сделать выдержку в часы, то шума будет много даже на 100. По сравнению с фотоаппаратом пленка на 100 не шумит совсем, но даже этого шума слишком много, когда речь об одиночных фотонах. В лабораториях матрицы жидким азотом не от хорошей жизни охлаждают.
Появилась идея подавать очень короткий импульс на лазер с малой яркостью. Таким образом возможно будет получить одиночные фотоны? Каково быстродействие лазерного светодиода?

Оффлайн Gall

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 2736
  • Репутация: +172/-0
    • Sam's Laser FAQ на русском
Re: Квантовое запутывание в домашних условиях
« Ответ #35 : 10 Август 2018, 00:00:07 »
Не получится. Принцип действия лазера основан на клонировании фотонов. Лазер, включенный на недостаточно большое время, генерирует нелазерный мусор. Время установления генерации может быть от наносекунд до микросекунд, после чего фотонов будет уже очень много.

Короткие импульсы из большого количества фотонов получают на лазерах, у которых внутрь резонатора вставлен элемент, прерывающий луч. С лазерным диодом так не сделать, нужен лазер, у которого зеркала стоят снаружи, например, неодимовый. Так можно получать наносекунды. Можно получить импульсы вплоть до пикосекундных и короче, если манипулировать смешиванием и разделением лучей близких частот, т.н. "синхронизация мод", но это уже сложно. Во всех случаях речь о мощных (до гигаватта и более!) импульсах очень малой длительности.

Отдельные фотоны получаются проще всего уничтожением части фотонов из луча. Темное стекло. Полупрозрачное зеркало, отражающее почти все и пропускающее очень мало. Слабое отражение от стекла, стоящего почти под углом Брюстера. Поляризатор, повернутый почти под 90 градусов к поляризации. Комбинация этих методов. Ослабьте луч до такой степени, что свет вообще перестанет быть виден глазом, даже в полной темноте, но за несколько часов или даже дней фотопленку таки засвечивает - это и будут примерно одиночные фотоны. С помощью ФЭУ можно убедиться, что они действительно одиночные.

Оффлайн AlexDark

  • Постоялец
  • ***
  • Сообщений: 133
  • Репутация: +12/-0
Re: Квантовое запутывание в домашних условиях
« Ответ #36 : 10 Август 2018, 00:48:55 »
Счетное число фотонов можно получить, питая некоторые светодиоды сверхкороткими импульсами - в итоге получается несколько сот фотонов. Но любой светодиод не подойдет.

Оффлайн Andrej77

  • Новичок
  • *
  • Сообщений: 13
  • Репутация: +0/-0
Re: Квантовое запутывание в домашних условиях
« Ответ #37 : 10 Август 2018, 05:51:14 »
А этот ФЭУ вообще дорого стоит?

Оффлайн Gall

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 2736
  • Репутация: +172/-0
    • Sam's Laser FAQ на русском
Re: Квантовое запутывание в домашних условиях
« Ответ #38 : 10 Август 2018, 13:56:33 »
Счетное число фотонов можно получить, питая некоторые светодиоды сверхкороткими импульсами - в итоге получается несколько сот фотонов. Но любой светодиод не подойдет.
А главное, фотоны будут разными. Что создаст проблемы. Поэтому лучше прореживать большой поток фотонов, нежели пытаться создать маленький.

Оффлайн Gall

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 2736
  • Репутация: +172/-0
    • Sam's Laser FAQ на русском
Re: Квантовое запутывание в домашних условиях
« Ответ #39 : 10 Август 2018, 13:59:39 »
А этот ФЭУ вообще дорого стоит?
Если искать со старых складских остатков, то можно дешево достать. А вот подключать его довольно неприятно. Это по сути радиолампа, питается примерно киловольтом напряжения, причем хитро: у него, допустим, 10 электродов, и надо на первый подать 100 вольт, на второй 200 и т.д., на последний 1000. А потом еще зарегистрировать ток на его выходе. При одиночных фотонах на выходе будут импульсы тока - слабые, но четко одиночные.

Современные полупроводниковые детекторы способны тоже регистрировать отдельные фотоны, но вот они-то как раз дорогие. А старый ФЭУ, может быть 50 лет на складе валявшийся, можно недорого найти. http://istok2.com/catalog/9/ Советские приличные ФЭУ идут под большими номерами, и обязательно надо сначала посмотреть документацию. Характеристика фотокатода - самое главное.

Оффлайн AlexDark

  • Постоялец
  • ***
  • Сообщений: 133
  • Репутация: +12/-0
Re: Квантовое запутывание в домашних условиях
« Ответ #40 : 10 Август 2018, 17:14:07 »
На ебэе еще бывают готовые модули счета фотонов за ~$150. Потому что в самодельном еще и предусилитель будет не слишком простым.

Оффлайн Gall

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 2736
  • Репутация: +172/-0
    • Sam's Laser FAQ на русском
Re: Квантовое запутывание в домашних условиях
« Ответ #41 : 10 Август 2018, 19:35:08 »
На современных деталях предусилитель получается относительно простым, проще, чем источник высокого. Вот если на старых, тогда проблема.

 



SimplePortal 2.3.3 © 2008-2010, SimplePortal