6.4 Mga epekto ng pagsukat

Home ／ Kabanata 6: Larangan ng Kuwantum

I. Tatlong pamilyar na kinalabasan sa setup na may dalawang siwang

May napakahinang pinagmumulan ng liwanag na nagpapadala ng isang dami ng liwanag sa bawat pagkakataon. Sa harap ng isang ekran na kayang magtala ng bawat pagdating, may isang harang na may dalawang makitid na siwang. Depende sa mga inilalagay natin sa mismong mga siwang o kaagad pagkatapos nito—mga pananda, mga probe, o mga elementong optiko—lumilitaw ang tatlong karaniwang pattern:

• Kaso 1: Walang pagsukat ng dinaraanan:
  Bukas ang dalawang siwang at walang anumang aparatong maaaring makapagsabi kung “alin ang dinaanan.” Unti-unting naiipon ang mga tuldok, at mabubuo ang mga guhit na maliwanag–madilim. Bawat dating ay isang tuldok; ang istadistika ang lumilikha ng mga guhit.
• Kaso 2: Sinusukat ang dinaraanan:
  May mga aparatong nagpapakilala sa bawat daan—halimbawa, magkaibang mga polarizer, panandang-yugto, o mga detektor na sapat ang sensibilidad upang mabasa ang dinaraanan. Nawala ang mga guhit at lilitaw ang dalawang malapad na umbok. Bawat dating ay nananatiling tuldok; nagbago lamang ang pangkalahatang larawan.
• Kaso 3: Mahinang pagsukat ng dinaraanan:
  Nasa landas ang mga napakahinang probe o mga panandang maliit at maaaring bawiin. Bumababa ang contrast ng guhit, nasa pagitan ng “maliwanag na mga guhit” at “dalawang umbok.” Habang humihina ang pagkabit, bahagyang humihina ang mga guhit; habang lumalakas, lalo silang kumukupas.

Tanging ang mga aparatong nasa mismong landas ang binago. Pareho ang pinagmumulan at ang ekran. Ang nagbabago ay ang paglitaw ng mga guhit at ang pagkalinaw ng mga ito.

II. Pundamental na pagbasa ayon sa Teorya ng Sinulid ng Enerhiya (EFT)

Ipinapaliwanag ng Teorya ng Sinulid ng Enerhiya ang datos sa tatlong magkakasunod na hakbang: pagkabit, pagsasara, at memorya.

1. Pagkabit: Muling isinusulat ang tanawing tensor
   Ang liwanag ay isang bungkos ng kaguluhang tensor na kumakalat sa isang “dagat” ng enerhiya. Iniuukit ng dalawang siwang ang isang tanawing gabay sa dagat na ito, na nagtatakda kung saan mas madulas o mas masalimuot ang paglakad ng alon. Kapag nagdagdag tayo ng probe o pananda sa landas, para nating inihahabi ang bagong estruktura sa dagat. Nasasapawan nang bahagya o lubos ang magkasabay na kaayusan ng dalawang ruta at muling nasusulat ang tanawing gabay. Habang mas malaki ang pagkakasulat-muli, lalong napapantay ang pundasyong pinagtatayuan ng mga guhit.
2. Pagsasara: Ikandado ang isang pangyayari sa isang lugar at oras
   Kapag nakapagpalitan ng sapat na enerhiya ang bungkos at ang aparato at nalampasan ang antas-hangganan ng pagsasara, nakakandado ang pangyayari sa tiyak na oras at lokasyon. Mula roon, nabubura ang posibilidad ng kabilang ruta at hindi na matutupad sa malayo ang mga kondisyon para sa panghihimasok. Maaaring maganap ang pagsasara sa mismong landas o sa ekran, ayon sa tindi ng pagkabit at sa heometriya ng setup.
3. Memorya: Palakihin ang napiling kinalabasan tungo sa kasaysayan
   Nanatiling mikroskopiko ang pagsasara. Upang maging mababasang resulta, kailangan itong palakihin ng aparatong makroskopiko na sumusulat ng memorya—pagkilos ng karayom, pag-ikot ng pixel, o pag-ipon ng karga. Kapag naisulat na ang memorya, hindi na maibabalik ang proseso; ang mga guhit na nawala ay hindi na maibabalik.

Kapag ibinagay sa tatlong kaso:

• Walang pagsukat ng dinaraanan: Halos wala ang pagkabit; nananatiling magkasabay ang dalawang ruta hanggang sa maganap ang pagsasara sa ekran, kaya malinaw ang mga guhit.
• Sinusukat ang dinaraanan: Malakas ang pagkabit at naganap na ang pagsasara sa mismong landas; muling naisulat ang tanawin; walang panghihimasok sa malayo.
• Mahinang pagsukat: Limitado ang pagkabit; bahagya lamang muling naisulat ang tanawin; naroon pa ang mga guhit ngunit humina ang contrast.

III. “Delayed choice,” sa parehong wika ng tatlong hakbang

• Ideya ng eksperimento:
  Hayaan munang maglakbay nang magkatabi ang dalawang ruta, saka lamang sa huling sandali magpasya kung ipapagsabay para sa panghihimasok o paghihiwalayin upang basahin ang dinaraanan. Karaniwan ang interferometer na Mach–Zehnder, kung saan ikinakabit o inaalis ang ikalawang tagahati ng sinag sa dulo. May bersiyong pang-kalawakan gamit ang dalawang mahabang landas mula sa lenteng grabitasyonal; sa lupa pipili kung bubuo ng imahe o paghahaluin para magpanghimasok.
• Nakikitang asal:
  Kapag ikinabit ang ikalawang tagahati, lilitaw ang isang maliwanag at isang madilim na port na katangi-tangi sa panghihimasok. Kung inalis, makakakuha ng istadistikang “alin ang dinaanan” sa dalawang magkahiwalay na port. Maaaring ipagpaliban ang pasya hanggang sandaling bago ang pagtatala at susunod pa rin ang resulta sa pinili.
• Pagpapaliwanag:
  Ang naantala ay ang uri ng pagsasara, hindi isang mensaheng ipinadala sa nakaraan. Hangga’t walang malakas na pagkabit sa gitna ng biyahe na sumisira sa pagkakasabay, nananatiling handa ang patlang-alon para sa panghihimasok. Ang pagdugtong o pag-alis ng elementong pangwakas ay simpleng pagtatakda ng kundisyong hangganan bago ang pagsasara. Kung pinili ang pagsasarang panghihimasok, muling pinagtatagpo ang dalawang ruta; ibinibigay ng tanawing gabay ang maliwanag at madilim at ipinapakita ng istadistika ang panghihimasok. Kung pinili ang pagsasarang pang-ruta, magwawakas nang magkahiwalay ang dalawang ruta; bawat isa ay magsasara at magsusulat ng memorya, kaya dalawang umbok ang nakikita. Walang kailangan na “naghihimagsik sa sanhi at bunga.”

IV. “Quantum erasure,” nananatiling: pagkabit → pagsasara → memorya

• Ideya ng eksperimento:
  Una, lagyan ng mahihinang panandang nakapagdodistinkto sa dalawang ruta—halimbawa, magkaibang polarisasyon. Pagkatapos, malapit sa dulo, magdagdag ng elementong nag-aalis ng mga pananda o umiikot sa kanila tungo sa iisang ayos. Maaaring gumamit ng pagtutugmang pagbibilang upang istadistikahin lamang ang mga sub-sampol na tunay na nabura.
• Nakikitang asal:
  Kung ang mga pananda ay naitaas na sa antas ng mababasang memorya, hindi na bumabalik ang mga guhit. Kung nanatiling potensiyal lamang ang mga pananda at lubos na nabura bago ang pagsasara, muling lilitaw ang mga guhit sa kondisyunal na istadistika. Kung hindi ganap ang pagbura, bahagya lamang ang pagbabalik ng mga guhit.
• Pagpapaliwanag:
  Ang paglalagay ng pananda ay muling pagsusulat ng tanawing gabay. Kung maipapanumbalik sa pagkakasabay ang tanawin bago maganap ang pagsasara—at kung walang aparatong nag-sulat ng memorya sa pagitan—makakabuo muli ang patlang-alon ng batayang panghihimasok sa dulo. Sa tumutugmang sub-sampol, makikita ang pagbabalik ng mga guhit. Kapag naisulat na ang memorya, hindi na mababawi ang proseso at mabibigo ang pagbura.

V. Maiikling paglilinaw sa karaniwang mga kalituhan

• Ang pagsukat ay hindi basta pagtingin: nagdadagdag ito ng pagkabit na pisikal na maaaring muling magsulat ng tanawing gabay at magpaaga ng pagsasara.
• Hindi mahiwagang kisap ang “pagguho”: anyo lamang ito ng tatlong hakbang—pagkabit, pagsasara, at memorya.
• Hindi binabago ng “delayed choice” ang nakaraan: itinatakda nito ang kundisyong hangganan bago ang pagsasara.
• Hindi salamangka ang “quantum erasure”: binubura nito ang pananda, ibinabalik ang pagkakasabay, at iniiwasan ang pagsusulat ng memorya sa daan.

VI. Buod: apat na linyang dapat tandaan

• Nagmumula ang mga guhit sa tanawing gabay na nauna nang inukit ng patlang-alon; ang mga tuldok na paisa-isa ay bunga ng antas-hangganan ng pagsasara at pagsusulat ng memorya.
• Ang pagsukat ay pagkabit, pagsasara, at memorya; habang lumalakas ang pagkabit, lalong humihina ang mga guhit.
• Ang “delayed choice” ay pagpili ng uri ng pagsasara, hindi pag-ikot ng oras pabalik.
• Ibinabalik lamang ng “quantum erasure” ang mga guhit kapag walang naisulat na memorya at ganap ang pagbura; kapag may memorya na, hindi na maibabalik ang proseso.

Karugtong: Pamilyang “mahinang pagsukat” → Kard ng pagsasalin ayon sa Teorya ng Sinulid ng Enerhiya

• Mahinang pagsukat:
  Maliit na pagkabit na may halos walang palitang enerhiya. Bahagyang naaantig ang pagkakasabay ng dalawang ruta; bahagyang muling naisusulat ang tanawin; nababawasan ngunit nananatili ang contrast ng mga guhit.
• Tuloy-tuloy na mahinang pagsukat:
  Maraming maliliit na pagkabit ang nagdudugtong-dugtong. Unti-unting lumalaki ang pagkawala ng pagkakaugnay; bawat hakbang ay nagpapapusyaw sa tanawin; mula malinaw nagiging malabo ang mga guhit.
• “Quantum erasure”:
  Lagyan muna ng pananda, saka burahin bago ang pagsasara, habang iniiwasan ang anumang makroskopikong memorya sa daan. Kapag ganap ang pagbura at wasto ang pagpili ng datos, naibabalik ang tanawin sa kalagayang handang magpanghimasok at bumabalik ang mga guhit sa kaukulang sub-sampol.
• “Delayed choice”:
  Ipagpaliban ang pasya tungkol sa uri ng pagsasara hanggang sa dulo: pagsasarang panghihimasok o pagsasarang pang-ruta. Walang salungat sa sanhi at bunga—pagpili lamang ito ng kundisyong hangganan sa dulo.
• Pagsukat na protektado at pagbasa ng “mahinang halaga”:
  Sa matibay na kalagayang protektado, magsagawa ng halos di-mapansing palitan upang mabasa ang lokal na yugto o pamamahagi. Sapat na maliit ang panghihimasok upang manatiling buo ang tanawin at maantala ang pagsasara hanggang matapos ang pagbasa.
• Pagsukat na walang interaksiyon:
  Baguhin ang kundisyong hangganan upang harangin ang isang ruta, kaya nagbabago ang probabilidad sa ibang port sa paraang nasusukat. Kahit walang tuwirang palitan ng enerhiya, muling naisusulat na ang tanawing gabay, kaya maaaring ipalagay sa istadistika ang presensiya ng isang bagay.
• Palitan sa pagitan ng kakayahang tukuyin ang dinaraanan at linaw ng mga guhit:
  Habang mas malinaw ang mga pananda, mas kaunti ang pagkakasabay at mas hirap mabuo ang batayang panghihimasok. Habang mas malabo ang mga pananda, mas malakas ang pagkakasabay at mas luminaw ang mga guhit. Iisa lamang ang kinokontrol: ang lakas ng pagkabit.