Das Mach-Zehnder-Interferometer, Quanten-Auslöscher

Würzburger Quantenphysik- Konzept

V18 Das Mach-Zehnder-Interferometer als Quanten-Auslöscher

Berkeley-Quanten-Auslöscher Mach-Zehnder-Interferometer

Lehrtext/Inhalt Glossar Versuchsliste

Quanten-Auslöscher (1):
Zunächst handelt es sich um ein normales Mach-Zehnder-Interferometer:
Durch den ersten Strahlteiler entstehen zwei klassisch denkbare Möglichkeiten für einen "Weg" zum 2. Strahlteiler, wo die beiden Möglichkeiten überlagert werden.
Es kommt zur Interferenz wegen der zwei klassisch denkbaren Möglichkeiten, zwischen denen nicht unterschieden wird: Je nach Abständen findet jeder der beiden Detektoren Maxima und Minima.

Quanten-Auslöscher (2):
Stellt man zwei zueinander senkrechte Polarisatoren in die zwei klassisch möglichen Wege, verschwindet die Interferenz.
Es ist jetzt nämlich im Prinzip feststellbar, auf welchem Weg ein nachgewiesenes Photon in den Detektor gelangte: Durch ein Polarisationsfilter zwischen Detektor und dem zweiten Strahlteiler könnte man nämlich entscheiden, ob das Photon den oberen oder den unteren Weg realisiert hat.
(Man könnte auch versuchen, so zu argumentieren: Die beiden interferierenden Photonen unterscheiden sich jetzt durch die Polarisation und sind damit nicht mehr interferenzfähig. Gegen diese Deutung spricht, dass das Interferometer bereits mit einem Photon arbeitet, also unabhängig von der Polarisation eines eventuellen zweiten. Es muss schon an der Weg-Markierung liegen!)
WWI zerstört Interferenz.

Quanten-Auslöscher (3):
Lässt man die Photonen jedoch hinter dem Strahlteiler durch einen Polarisator vor einem der Dektoren laufen, der unter einem Winkel α (α > 0) gegenüber dem Polarisator 1 orientiert ist, wird die "Weg-Marke" wieder entfernt, beide Wege sind mehr oder weniger ununterscheidbar und es findet wieder Interferenz statt:
Information über den realisierten Weg wurde ausgelöscht und die Interferenz zurückgewonnen.
(Der Polarisator soll natürlich um den durchtretenden Lichtstrahl als Achse gedreht werden; die Zeichnung ist in dem Punkt missverständlich.)

(4) Variiert man α, kann man das Ausmaß der Kenntnis über den realisierten Weg ändern. Dementsprechend ändert sich auch der Kontrast der Interferenzfigur. Bei α = 0 können nur Photonen passieren mit gleicher Polarisation wie Polarisator 1, also auf dem entsprechenden Weg: keine Interferenz Bei α = 90⁰ können nur Photonen passieren mit gleicher Polarisation wie Polarisator 2, also auf dem jetzt entsprechenden Weg: wieder keine Interferenz. Bei α = 45⁰ sind beide Wege wirklich völlig ununterscheidbar: optimaler Kontrast der Interferenzfigur.

E 1. Welcher-Weg-Information zerstört Interferenz: beide sind komplementär zueinander.
2. Interferenz kann rückgewonnen werden, wenn Welcher-Weg-Information ausgelöscht wird.

Wieder ist es so, dass die Beobachtungen nichts mit einem "Wellencharakter" oder "Teilchencharakter" zu tun haben, in dem Sinn etwa, dass einerseits "Interferenz - auf beiden Wegen gleichzeitig - Wellencharakter" und andererseits "keine Interferenz - auf einem bestimmten Weg - Teilchencharakter" zusammengebracht werden. Die Entscheidung, ob Interferenz zurückgewonnen und WWI ausgelöscht wird, fällt ja erst dann, wenn die Photonen die Apparatur längst durchlaufen haben. Bildlich gesprochen können sie am ersten Strahlteiler ja nicht "wissen", wie sie die Apparatur durchlaufen sollen um der gewünschten experimentellen Situation zu genügen.

	Quanten-Auslöscher (1): Zunächst handelt es sich um ein normales Mach-Zehnder-Interferometer: Durch den ersten Strahlteiler entstehen zwei klassisch denkbare Möglichkeiten für einen "Weg" zum 2. Strahlteiler, wo die beiden Möglichkeiten überlagert werden. Es kommt zur Interferenz wegen der zwei klassisch denkbaren Möglichkeiten, zwischen denen nicht unterschieden wird: Je nach Abständen findet jeder der beiden Detektoren Maxima und Minima.
	Quanten-Auslöscher (2): Stellt man zwei zueinander senkrechte Polarisatoren in die zwei klassisch möglichen Wege, verschwindet die Interferenz. Es ist jetzt nämlich im Prinzip feststellbar, auf welchem Weg ein nachgewiesenes Photon in den Detektor gelangte: Durch ein Polarisationsfilter zwischen Detektor und dem zweiten Strahlteiler könnte man nämlich entscheiden, ob das Photon den oberen oder den unteren Weg realisiert hat. (Man könnte auch versuchen, so zu argumentieren: Die beiden interferierenden Photonen unterscheiden sich jetzt durch die Polarisation und sind damit nicht mehr interferenzfähig. Gegen diese Deutung spricht, dass das Interferometer bereits mit einem Photon arbeitet, also unabhängig von der Polarisation eines eventuellen zweiten. Es muss schon an der Weg-Markierung liegen!) WWI zerstört Interferenz.
	Quanten-Auslöscher (3): Lässt man die Photonen jedoch hinter dem Strahlteiler durch einen Polarisator vor einem der Dektoren laufen, der unter einem Winkel α (α > 0) gegenüber dem Polarisator 1 orientiert ist, wird die "Weg-Marke" wieder entfernt, beide Wege sind mehr oder weniger ununterscheidbar und es findet wieder Interferenz statt: Information über den realisierten Weg wurde ausgelöscht und die Interferenz zurückgewonnen. (Der Polarisator soll natürlich um den durchtretenden Lichtstrahl als Achse gedreht werden; die Zeichnung ist in dem Punkt missverständlich.)
(4) Variiert man α, kann man das Ausmaß der Kenntnis über den realisierten Weg ändern. Dementsprechend ändert sich auch der Kontrast der Interferenzfigur. Bei α = 0 können nur Photonen passieren mit gleicher Polarisation wie Polarisator 1, also auf dem entsprechenden Weg: keine Interferenz Bei α = 90⁰ können nur Photonen passieren mit gleicher Polarisation wie Polarisator 2, also auf dem jetzt entsprechenden Weg: wieder keine Interferenz. Bei α = 45⁰ sind beide Wege wirklich völlig ununterscheidbar: optimaler Kontrast der Interferenzfigur.