6.4 Efectele măsurării

Acasă ／ Capitolul 6: Domeniul cuantic (V5.05)

I. Trei rezultate familiare în configurația cu dublă fantă

O sursă de lumină foarte slabă emite cuante pe rând. În fața unui ecran capabil să înregistreze sosiri individuale se află o placă cu două fante înguste. În funcție de ce plasăm la nivelul fantelor sau imediat după acestea—sonde, marcaje ori elemente optice—pe ecran apar trei tipuri de imagini:

• Cazul 1: Fără măsurarea traseului:
  Ambele fante sunt deschise și nimic pe traiectorii nu distinge „pe unde a trecut”. Punctele se adună unul câte unul, iar curând apare un model de franje luminoase–întunecate. Fiecare sosire este un punct; statistica formează franjele.
• Cazul 2: Măsurarea traseului:
  Dispozitivele de la fante marchează traseele—de pildă polarizatoare diferite, etichete de fază sau detectoare suficient de sensibile pentru a citi pe unde a trecut cuanta. Franjele dispar și apar două „cocoașe” late. Fiecare sosire rămâne un punct; se schimbă doar imaginea statistică.
• Cazul 3: Măsurarea slabă a traseului:
  Pe traiectorii se află sonde foarte delicate sau marcaje mici, reversibile. Contrastul franjer scade, situându-se între „franje clare” și „două cocoașe”. Cuplarea mai slabă estompează puțin; cuplarea mai puternică spală și mai mult modelul.

Se modifică numai elementele aflate pe traseu. Sursa și ecranul rămân aceleași. Ceea ce variază este existența franjelor și claritatea lor.

II. Lectura de bază după Teoria filamentelor de energie

La prima mențiune: Teoria filamentelor de energie (EFT) consideră lumina un pachet de perturbație tensorială care se propagă într-o „mare” de energie. Teoria filamentelor de energie explică datele în trei pași succesivi: cuplare, închidere și memorie.

1. Cuplare: rescrierea peisajului tensorial
   Cele două fante „sculptează” în marea de energie un peisaj de ghidaj care anticipează unde propagarea este lină și unde devine anevoioasă. Când adăugăm o sondă sau un marcaj pe traseu, introducem structură nouă în această mare. Cuplarea perturbă parțial ori total relația în fază dintre cele două rute și rescrie peisajul de ghidaj. Cu cât rescrierea este mai profundă, cu atât temelia franjelor devine mai plată.
2. Închidere: fixarea unui eveniment unic
   Când pachetul schimbă suficientă energie cu un dispozitiv și trece un prag de închidere, evenimentul se fixează într-un moment și loc anume. Din acel punct, alternativa de traseu este înlăturată, iar condițiile pentru interferență la distanță nu mai sunt îndeplinite. Închiderea poate avea loc local, pe traseu, sau abia pe ecran—în funcție de tăria cuplării și de geometrie.
3. Memorie: amplificarea alegerii până devine istorie
   Închiderea este încă microscopică. Ca rezultatul să fie lizibil, un dispozitiv macroscopic trebuie să-l amplifice și să-l scrie în memorie—devierea unui ac, inversarea unui pixel, acumularea de sarcină. Odată scrisă memoria, procesul devine ireversibil; franjele pierdute nu pot fi refăcute.

Aplicare la cele trei cazuri:

• Fără măsurarea traseului: Cuplarea este neglijabilă; rutele rămân în fază până la închiderea pe ecran, iar franjele sunt clare.
• Cu măsurarea traseului: Cuplarea puternică și închiderea apar deja pe traseu; peisajul este rescris și nu se mai formează model de interferență la distanță.
• Măsurare slabă: Cuplarea este limitată; peisajul se rescrie doar parțial; franjele persistă, dar cu contrast redus.

III. Alegere întârziată, în aceeași limbă a celor trei pași

• Ideea experimentală:
  Lăsăm cele două rute să se propage în paralel și decidem în ultima clipă dacă le recombinăm pentru interferență sau dacă citim separat pe unde au trecut. O implementare obișnuită este interferometrul Mach–Zehnder, unde al doilea divizor de fascicul se introduce sau se scoate la ieșire. Există și o variantă cosmică: două rute lungi printr-o lentilă gravitațională, iar la sol alegem între formarea imaginii și recombinare pentru interferență.
• Comportament observat:
  Introducerea celui de-al doilea divizor produce o ieșire luminoasă și una întunecată, tipice interferenței. Înlăturarea lui oferă statistică „pe unde a trecut” în două porturi separate. Decizia poate fi amânată până aproape de detecție, iar rezultatul tot urmează exact alegerea.
• Interpretare:
  Ceea ce se întârzie este modul de închidere, nu un mesaj către trecut. Atâta timp cât nicio cuplare puternică pe drum nu a stricat relația în fază, câmpul de undă rămâne apt de interferență. Adăugarea sau scoaterea elementului final doar stabilește condiția la limită înainte de închidere. Cu închidere prin interferență, rutele se reunesc, peisajul de ghidaj dă ieșiri luminoase și întunecate, iar statistica arată interferență. Cu închidere pe traseu, rutele se termină separat; fiecare se închide și scrie memorie, rezultând două cocoașe. Nu este nevoie de cauzalitate inversă.

IV. Ștergere cuantică: rămâne succesiunea cuplare → închidere → memorie

• Ideea experimentală:
  Întâi aplicăm marcaje slabe care deosebesc rutele—de exemplu polarizări ortogonale. Apoi, spre final, adăugăm un element care elimină marcajele sau le rotește în aceeași orientare. Cu numărare în coincidență putem analiza doar sub-eșantionul în care ștergerea chiar a avut loc.
• Observație:
  Dacă marcajele au fost deja amplificate până la o memorie lizibilă, franjele nu revin. Dacă marcajele rămân doar potențiale și sunt șterse complet înainte de închidere, franjele reapar în statistica condiționată. O ștergere incompletă readuce franjele doar parțial.
• Interpretare:
  Marcarea echivalează cu rescrierea peisajului de ghidaj. Atâta timp cât peisajul poate fi readus la starea în fază înainte de închidere—și pe parcurs marcajele nu au fost scrise în memorie—câmpul de undă poate forma din nou baza de interferență la final. În sub-eșantionul potrivit se vede întoarcerea franjelor. După ce memoria a fost scrisă, procesul este ireversibil, iar ștergerea eșuează.

V. Clarificări scurte pentru neînțelegeri frecvente

• Măsurarea nu înseamnă doar „a privi”: adaugă o cuplare fizică ce poate rescrie peisajul de ghidaj și poate devansa închiderea.
• „Colapsul” nu este o clipă misterioasă: este fața exterioară a pașilor cuplare–închidere–memorie.
• Alegerea întârziată nu schimbă trecutul: fixează condiția finală la limită înainte de închidere.
• Ștergerea cuantică nu este magie: elimină marcajele, restabilește relația în fază și evită scrierea memoriei pe parcurs.

VI. Pe scurt: patru propoziții de ținut minte

• Franjele apar dintr-un peisaj de ghidaj gravat în prealabil de câmpul de undă; punctele izolate rezultă din praguri de închidere și scrierea memoriei.
• Măsurarea înseamnă cuplare, închidere și memorie; o cuplare mai puternică slăbește franjele corespunzător.
• Alegerea întârziată stabilește modul de închidere, nu inversează timpul.
• Ștergerea cuantică readuce franjele numai când memoria nu a fost scrisă și ștergerea este completă; după scrierea memoriei procesul este ireversibil.

Anexă: Familia „măsurărilor slabe” → card de traducere după Teoria filamentelor de energie

• Măsurare slabă:
  Cuplare mică și schimb minim de energie. Relația în fază dintre rute este ușor perturbată; peisajul de ghidaj se rescrie parțial; contrastul franjer scade, dar rămâne vizibil.
• Măsurare slabă continuă:
  Multe cuplări mici se adună. Decoerența crește treptat; peisajul de ghidaj se estompează cadru cu cadru; franjele trec de la clare la neclare.
• Ștergere cuantică:
  Mai întâi marcăm, apoi ștergem înainte de închidere, evitând orice memorie macroscopică. Când ștergerea este completă, iar selecția de date este corectă, peisajul se reface într-o stare capabilă de interferență, iar franjele reapar în sub-eșantionul corespunzător.
• Alegere întârziată:
  Amânăm decizia privind modul de închidere până la final: închidere prin interferență sau închidere pe traseu. Fără conflict cu cauzalitatea—este doar alegerea condițiilor de limită finale.
• Măsurare protejată și citirea „valorii slabe”:
  Într-o stare puternic protejată efectuăm schimburi infime pentru a citi faza locală sau trăsături ale distribuției. Perturbarea este atât de mică încât peisajul rămâne aproape intact, iar închiderea se amână până după citire.
• Măsurare fără interacțiune:
  Schimbăm condițiile la limită pentru a bloca o rută, ceea ce mută măsurabil probabilitățile în alt port. Chiar fără schimb direct de energie, peisajul de ghidaj a fost rescris, astfel că prezența unui obiect poate fi dedusă statistic.
• Compromis între distingerea traseului și vizibilitatea franjelor:
  Marcaje mai clare reduc relația în fază și îngreunează formarea unei baze de interferență. Marcaje mai vagi păstrează relația în fază și fac franjele mai clare. Ambele fețe depind de un singur reglaj: tăria cuplării.