Strona głównaPytania → Klonowanie fotonów?

Klonowanie fotonów?

Pytanie

Pyta Marek

W podręcznikach fizyki czytamy, ze foton powstający w wyniku emisji wymuszonej jest identyczny z fotonem padającym. Nie może być jednak całkiem identyczny istnieje bowiem zakaz klonowania stanów kwantowych. Na czym wiec polega różnica miedzy fotonem pierwotnym a powstającym w akcie emisji wymuszonej?

Odpowiedź

Odpowiada Piotr Fita

By mogło dojść do emisji wymuszonej, foton wymuszający musi oddziaływać z atomem w stanie wzbudzonym. Natomiast atom w stanie wzbudzonym zawsze może także wyemitować foton w wyniku aktu emisji spontanicznej, który będzie inny niż foton wymuszający. Dlatego, mimo że foton wyemitowany w wyniku emisji wymuszonej jest identyczny z fotonem wymuszającym, to stan kwantowy układu po oddziaływaniu jest inny niż stan kwantowy przed oddziaływaniem: jest to mieszanina/superpozycja (tego nie jestem pewien) dwóch stanów: foton identyczny z wymuszającym i foton o przypadkowej (w pewnych granicach) energii i kierunku emisji.

Marek: Odpowiedź nie jest dla mnie do końca jasna. Pan Piotr pisze ” mimo że foton wyemitowany w wyniku emisji wymuszonej jest identyczny z fotonem wymuszającym, to stan kwantowy układu po oddziaływaniu jest inny niż stan kwantowy przed oddziaływaniem”. Czyli jest identyczny, ale wraz z układem nie jest ? Założenie, -o ile dobrze zrozumiałem- że foton indukowany wystepuje w superpozycji fotonu wymuszonego (identycznego z padającym) i spontanicznego (różnego od padającego) moim zdaniem nie rozwiązuje problemu. Przecież jeden ze stanów w superpozycji byłby identyczny ze stanem pierwotnym fotonu.

Jan Gaj: „Jeden ze stanów w superpozycji” czyli jedynie fragment stanu końcowego. Gdybyśmy chcąc sklonować owcę otrzymali owco-wilka, trudno byłoby uznać klonowanie za sukces.

Marek: Sprecyzuję pytanie. Mamy stan początkowy: foton padajacy 1 w nieznanym stanie polaryzacji i atom wzbudzony. Stan końcowy: atom w stanie podstawowym, foton po oddziaływaniu 1′ i foton z emisji wymuszonej 2. Wydaje się że mamy 4 możliwości, która z nich jest realizowana? A) fotony 1′ i 2 są w identycznym stanie ale różnym od stanu fotonu 1, B) fotony 1,1′ i 2 są w takim samym stanie (ale to wyklucza zakaz klonowania), C) stan 1 = stan 2 różny od stanu 1′ D) stan 1 = stan 1′ różny od 2. A może istnieje jeszcze jakaś możliwość ?

Jan Gaj: Wyliczone powyżej przypadki nie wyczerpują wszystkich możliwości, bo nie uwzględniają superpozycji stanów kwantowych. Superpozycja stanów jest cechą mikroświata, która nie ma swojego odpowiednika w makroświecie dostępnym bezpośredniej obserwacji. Dlatego trudno jest nam ją sobie wyobrazić.

Przy okazji warto wspomnieć o jeszcze jednym aspekcie tej sprawy: pojedynczy atom nie mógłby być użyty do sklonowania nieznanego stanu fotonu, bo byłby w stanie klonować tylko foton o charakterystycznej dla jego stanu polaryzacji. Ta sprawa była przedmiotem żywej dyskusji specjalistów w latach osiemdziesiątych, w której sformułowano propozycje układów „klonujących” nieznany foton nie w pełni wiernie, ale z możliwie największą dokładnością.