Quantenradierer – Mythos Retrokausaltität in der QM

Mit dem berühmten Doppelspalt-Experiment "Delayed Choice Quantum Eraser" wird oft behauptet, dass sich Messergebnisse nachträglich ändern können, je nachdem ob man sich entschließt die am Spalt erhobene sog. Which-Way-Information zu behalten oder zu ignorieren bzw. zu "löschen". Obwohl namhafte Wissenschaflter das längst schlüssig widerlegt haben, hält sich hartnäckig die Vorstellung, dass man es hier mit einer Änderung der Vergangenheit zu tun hat, also mit Retrokausalität.

Neulich hat z.B. der User Cossy in seinem Video hier wieder so etwas beschrieben: Man könne das Doppelspalt-Experiment mit vielen Quantenobjekten in einer Blackbox durchführen, die einzelnen Which-Way-Informationen auf Festplatte speichern und sich nachträglich – wohlgemerkt nach Abschluss des ganzen Experiments – entschließen, die Daten der Festplatte vor dem Öffnen der Blackbox zu behalten oder zu löschen. Abhängig von dieser Entscheidung würde man dann beim Öffnen der Box entweder ein Interferenzmuster auf dem Schirm sehen (falls man die Informationen behalten hat) oder kein Interferenzmuster (falls man die Informationen gelöscht hat).

Selbst Hochschullehrer, die es eigentlich besser wissen sollten, fallen offenbar auf solche Fehlinterpretationen rein, hier z.B. Dr. Frederic Schuller , und auch Dr. Josef Gassner ist nicht ganz davor gefeit , obwohl der sich insgesamt etwas vorsichtiger ausdrückt, weil ihm vermutlich intuitiv klar ist, dass da etwas nicht so ganz stimmen kann mit der vermeintlichen Retrokausalität.

Die m.E. korrekten Erklärungen zum Delayed Choice Quantum Eraser liefern z.B. einstimmig

• Ph.D. Sean Carroll: The Notorious Delayed-Choice Quantum Eraser  (Blog)
• Dr. Sabine Hossenfelder: The Delayed Choice Quantum Eraser, Debunked  (Video mit Verweis auf Carrolls Blog)
• Ph.D. Diego Emilio Serrano:
  -  Solving the Delayed-Choice Quantum Eraser  (Video, Ausführliche Erklärung und Rechnung)
  -  Running the Delayed-Choice Eraser on a Quantum Computer  (Video, Simulation und Rechnung)

Wie die genannten Quellen nahelegen, kommt die Vorstellung einer Retrokausalität hauptsächlich vom falschen Verständnis dessen, was am Doppelspalt bei der Verschränkung passiert:

• Ohne Verschränkung handelt es sich um ein einziges Quantenobjekt am Doppelspalt, das sozusagen mit sich selbst interferiert.
• Mit Verschränkung sind es separate Quantenobjekte (exklusiv entweder oben oder unten), von denen jedes aufgeteilt und mit einem Partner-Teilchen verschränkt wird.

Der springende Punkt ist: Ein verschränktes Teilchen kann nicht mit sich selbst interferieren. Man bekommt bei Verschränkung niemals ein Interferenzmuster auf den Schirm, ganz egal was mit den Partnerteilchen angestellt wird. Jedes Teilchen, das mit einem Partnerteilchen verschränkt ist und den Schirm trifft, stammt exklusiv entweder vom einen oder vom anderen Spalt. Es fand ja eine Wechselwirkung im Kristall statt mit Aufteilung und Verschränkung. Das am Schirm registrierte Teilchen trägt also seine Which-Way-Information, genau wie sein Partnerteilchen. Es lässt sich unterscheiden von welchem Spalt es stammt, zumindest statistisch anhand der Auftreffpunkte.

Im Buch "Können wir die Welt verstehen?" von Josef Gaßner und Jörn Müller wird leider etwas anderes behauptet. Da registrieren die Detektoren D3 und D4 die verschränkten Partnerteilchen, und die Behauptung ist, dass ein Interferenzmuster entsteht, wenn diese Detektoren nicht aktiv sind. Es wird zunächst korrekt gesagt, dass wegen der mit D3 und D4 registrierten Weg-Informationen kein Interferenzmuster entsteht. Dann heißt es aber, Zitat: "Wiederholt man das Experiment mit abgeschalteten Detektoren D3 und D4, dann bekommt man keine Information über den Ort der Photonen, und man erhält Diagramme, die ein Interferenzmuster zeigen, wie wir es vom Doppelspalt kennen."

Naja... wie man den oben genannten Quellen eindeutig entnehmen kann ist das falsch. Ob D3 und D4 aktiv sind oder nicht: Es entsteht in keinem Fall ein Interferenzmuster, wenn das mit D0 (am Schirm) registrierte Teilchen mit einem Partnerteichen verschränkt ist. Sean Carroll schreibt im oben verlinkten Blog: "Entanglement of any sort kills interference." Das betont auch Diego Emilio Serrano in den verlinkten Videos.

Fazit: Meine hier hoffentlich hinreichend begründete Ansicht ist, dass sich mit dem "Quantenradierer" keine spukhafte Retrokausalität offenbart,  mit an Sicherheit grenzender Wahrscheinlichkeit nicht ;–).

Etwas unklar ist mir allerdings, ob sich Sean Carroll nicht doch eine kleine Hintertür offen lässt, wenn er am Ende seines Blogs sagt: "In a true collapse theory like GRW, the process of wave- function collapse is asymmetric in time; wave functions collapse, but they don’t un- collapse. If you have collapsing wave functions, but for some reason also want to maintain an overall time-symmetry to the fundamental laws of physics, you can convince yourself that retrocausality needs to be part of the story." Naja, eigentlich sagt er damit ja nur, dass in unserem Universum eben ein Zeitpfeil existiert. Nur wenn man den nicht haben will braucht man Retrokausalität.

Ähem... WTF is GRW? Das war mir jetzt zu aufwändig noch zu recherchieren.

...ich muss zugeben, ich hatte jedesmal, wenn ich mich damit beschäftigt habe, hinterher Kopfschmerzen. Nichtsdestotrotz ein spannendes und kontrovers diskutiertes Thema, über das wir auch schon im alten Forum-Archiv nachgedacht hatten.  hier anklicken

Zum Beispiel:

Steinzeit-Astronom schrieb (im alten Forum-Archiv) in Kommentar #114947:

"Jedenfalls sieht es eindeutig so aus, dass für die Messungen bei Alice und Bob zeitlich erst wesentlich später von Viktor entschieden wird, ob die gemessenen Objekte verschränkt sind bzw. waren oder nicht. 

 Sie könnten zu dem Zeitpunkt auch gar nicht mehr existieren. Wie soll man das verstehen bzw. erklären?"

Siehe hierzu die Schlussfolgerung von einer Anton Zeilinger Publikation in Nature Physics (letzter Paragraph auf Seite 6 unten).

Nature Physics volume 8, pages 479–484 (2012)
Experimentelle Verschränkungsvertauschung mit verzögerter Wahlmöglichkeit
[Experimental delayed-choice entanglement swapping]
Xiao-song Ma, Stefan Zotter, Johannes Kofler, Rupert Ursin, Thomas Jennewein, Časlav Brukner & Anton Zeilinger

Mit der ersten experimentellen Realisierung von Peres' Gedankenexperiment ("delayed-choice entanglement swapping") haben wir eine Verallgemeinerung von Wheelers "Delayed-Choice"-Tests demonstriert, die vom Welle-Teilchen-Dualismus eines einzelnen Teilchens zum Verschränkungs-Trennbarkeits-Dualismus zweier Teilchen übergeht. Ob diese beiden Teilchen verschränkt oder trennbar sind, entscheidet sich, nachdem sie gemessen wurden. Betrachtet man den Quantenzustand als ein reales physikalisches Objekt, könnte man in die scheinbar paradoxe Situation kommen, dass zukünftige Handlungen einen Einfluss auf vergangene und bereits unwiderruflich aufgezeichnete Ereignisse haben. Es gibt jedoch kein Paradoxon, wenn man den Quantenzustand lediglich als einen "Katalog unseres Wissens" betrachtet. Dann ist der Zustand eine Wahrscheinlichkeitsliste für alle möglichen Messergebnisse, die relative zeitliche Reihenfolge der drei Beobachterereignisse ist irrelevant, und es sind keinerlei physikalische Wechselwirkungen zwischen diesen Ereignissen (insbesondere in die Vergangenheit) erforderlich, um das Verschränkungstauschen mit verzögerter Wahl ("delayed-choice entanglement swapping") zu erklären.
Wichtig ist jedoch, die Listen der Messergebnisse von Alice, Bob und Victor's Messergebnisse in Beziehung zu setzen. Auf der Grundlage von Victor's Messeinstellungen und Messergebnissen können Alice und Bob ihre früheren und lokal völlig zufälligen Ergebnisse in Teilmengen zusammenfassen, die jeweils eine andere Bedeutung und Interpretation haben. Diese Teilmengenbildung ist unabhängig von der zeitlichen Reihenfolge der Messungen.
Laut Wheeler, sagte Bohr: "Kein Elementarphänomen ist ein Phänomen, bevor es nicht ein registriertes Phänomen ist." Wir möchten dies erweitern, indem wir sagen: "Einige registrierte Phänomene haben keine Bedeutung, wenn sie nicht in Beziehung mit anderen registrierten Phänomenen gesetzt werden."

Quelle: arxiv.org/vc/arxiv/papers/1203/1203.4834v1.pdf

 

www.researchgate.net/publication/3532861...ser_Leaves_No_Choice
Versuche mal das Paper. Es reicht wenn Du die Zusammenfassung liest.

Steinzeit-Astronom schrieb:

dass sich mit dem "Quantenradierer" keine spukhafte Retrokausalität offenbart

Natürlich nicht.

Cossy schrieb:

www.researchgate.net/publication/3532861...ser_Leaves_No_Choice
Versuche mal das Paper. Es reicht wenn Du die Zusammenfassung liest.

Danke dafür. Das Paper bestätigt das, was ich im Eingangspost recherchiert habe: Der Experimentator hat keine Wahl darüber, ob sich ein Interferenzmuster oder keines ergibt. Also keine Retrokausalität durch die Entscheidung des Experimentators die vorher am Spalt erhobenen Informationen zu löschen.

Am deutlichsten wird es im Schlußsatz auf S.10 des kompletten Papers formuliert: "In the light of this analysis, and the results of the Vienna experiment, the long held notion that in the delayed mode, the experimenter has a choice between reading the which-way information or erasing it, should be given up. In the delayed mode, the whichway information is always erased. This takes the mystery out of the delayed-choice quantum eraser, and renders irrelevant any talk of retrocausality."

Und weil's so schön ist, hier noch die deutsche Übersetzung (DeepL, Hervorhebung von mir):
"In Anbetracht dieser Analyse und der Ergebnisse des Wiener Experiments sollte die lang gehegte Vorstellung, dass der Experimentator im verzögerten Modus die Wahl zwischen dem Lesen der Weginformation und dem Löschen dieser Information hat, aufgegeben werden. Im verzögerten Modus wird die Richtungsinformation immer gelöscht. Dies nimmt dem Quantenradierer mit verzögerter Wahlmöglichkeit das Geheimnis des Radiergummis und macht jede Rede von Retrokausalität irrelevant."

Ganz egal was der Experimentator nachträglich dem Idler-Objekt anstellt, das die Weg-Information trägt. Am Ende ist sie immer weg, denn die Wechselwirkung des Signal-Objekts mit dem Detektor am Schirm hat längst stattgefunden. Die QM ist zwar in vielerlei Hinsicht seltsam und kontraintuitiv, aber sooo verrückt dann auch wieder nicht, dass sie im Experiment den Zeitpfeil umdreht. No way....
.

Entscheidend ist, dass es dort gar keinen Zeitpfeil und keine Entfernung gibt. Ist die Weg-Information da, dann gibt es keine Interferenz und umgekehrt. Egal wie man dies im Experiment macht. Ich stimme Dir zu, dass da nichts Rückwirkend in der Zeit gemacht wird.  Es gibt für, diese Form der Experimente mit Verschränkung, kein Davor oder Danach und auch keine Entfernung. Da wir in einer Raumzeit leben muss dies immer so gemeinsam auftreten.

Cossy schrieb:

Es gibt für, diese Form der Experimente mit Verschränkung, kein Davor oder Danach und auch keine Entfernung.

Falsch.
Du kannst während des Experimentes, also nachdem das Photon die Schlitze passiert hat, und bevor es auf dem Schirm auftrifft, die Versuchsanordnung ändern und wirst entsprechend veränderte Ergebnisse bekommen. Es kommt dabei dann nur auf die Art der Detektion an.
So ähnlich ist es beim Quantenradierer. Man entscheidet am Detektor, welche Teilmenge man messen will. Das hat gar nichts mit Verschränkung zu tun.

Mit Davor und Danach meinte ich eine zeitliche Veränderung. Bei Davor oder Danach beim Spalt ist klar eine Änderung vorhanden. 
Bei der Entfernung meinte ich die Detektoren für das Experiment. Würde dies von der Entfernungen abhängen, dann müsste es wieder einen zeitlichen Bezug geben.

 

Cossy schrieb:

Mit Davor und Danach meinte ich eine zeitliche Veränderung. Bei Davor oder Danach beim Spalt ist klar eine Änderung vorhanden. 
Bei der Entfernung meinte ich die Detektoren für das Experiment. Würde dies von der Entfernungen abhängen, dann müsste es wieder einen zeitlichen Bezug geben.

Ja. Aber die Pointe ist, dass es hier um die Messmethode geht, einen Teil der Detektionen zu betrachten. Je nach Wahl kann man also Interferenz sehen oder nicht, ohne das Experiment zu wiederholen.

Cossy schrieb:

Ich stimme Dir zu, dass da nichts Rückwirkend in der Zeit gemacht wird.

Gut. Dann verstehst du jetzt also, dass die nachträgliche Entscheidung die Informationen z.B. der Blackbox-Festplatte zu löschen nichts bewirken kann, d.h. dass man nicht verschiedene Bilder auf dem Schirm zu sehen bekommt (mit oder ohne Interferenzstreifen) je nachdem wie man nachträglich entschieden hat.

Vielmehr sieht der Schirm nach Öffnen der Blackbox immer gleich aus:

Es sind keine Interferenzstreifen zu sehen. Die Interferenz wurde in jedem Fall durch die Detektionen am Spalt (die "Lochkontrolle") zerstört, ob man nun die Informationen behalten hat oder nicht. Wie Rainer schon sagte kann man aber (mit rekonstruierbarer Zuordnung Spaltdetektion-Schirmdetektion) nachträglich die Bildpunkte gemäß der gespeicherten Informationen filtern. Dann bekommt man zwei komplementäre Bilder mit einem horizontalen Versatz, zwei unterscheidbare "Blobs" wie Sabine Hossenfelder es nennt, was aber trotzdem keine Interferenzstreifen sind.

Cossy schrieb:

Es gibt für, diese Form der Experimente mit Verschränkung, kein Davor oder Danach und auch keine Entfernung. Da wir in einer Raumzeit leben muss dies immer so gemeinsam auftreten.

Es gibt a) eine Zeit vor dem Experiment, wo nichts auf dem Schirm ist, und b) eine Zeit nach dem Experiment, wo der Schirm mit "Lochkontrolle" immer so aussieht wie im Bild oben. Das ist ganz unabhängig davon, ob man eine Blackbox hat oder nicht oder ob man die Informationen behält oder nicht oder ob man am Spalt verschränkte Objekte erzeugt oder nicht.

Nur darum geht es mir, denn das wird vielfach falsch dargestellt, wie im Eingangspost belegt u.a. auch von Frederic Schuller und Josef Gaßner. Man bekommt eben keine Interferenzstreifen auf den Schirm, indem man die am Spalt erhobenen Informationen löscht oder einfach nicht beachtet.

Steinzeit-Astronom schrieb:

Dann bekommt man zwei komplementäre Bilder mit einem horizontalen Versatz, zwei unterscheidbare "Blobs" wie Sabine Hossenfelder es nennt, was aber trotzdem keine Interferenzstreifen sind.

Es gibt 4 Wahlmöglichkeiten mit zweimal Interferenz und zweimal Blobs, oder das Gesamtbild ein Blob.
Naja, das hängt natürlich von den verwendeten Spiegeln ab.

Hier D1 bis D4 (Min 11)

Rainer Raisch schrieb:

Steinzeit-Astronom schrieb:

Dann bekommt man zwei komplementäre Bilder mit einem horizontalen Versatz, zwei unterscheidbare "Blobs" wie Sabine Hossenfelder es nennt, was aber trotzdem keine Interferenzstreifen sind.

Es gibt 4 Wahlmöglichkeiten mit zweimal Interferenz und zweimal Blobs, oder das Gesamtbild ein Blob.
Naja, das hängt natürlich von den verwendeten Spiegeln ab.

Ich bezog mich hier nur auf D3 und D4, quasi das herkömmliche Doppelspalt-Experiment mit "Lochkontrolle", sowie auf das resultierende Gesamtbild ohne Blobs bzw. die beiden komplementären Blobs, die sich auf den Diagrammen 03 und 04 ergeben, wenn man die Detektionen  zuordnet.

Sowohl im Buch zur AzS-Reihe als auch  im Video genau hier  wird gesagt, dass ohne D3 und D4 am Schirm D0 Interferenz vorliegt. Zitat aus dem Video (aus dem Buch siehe Eingangspost): "wenn wir hier gar nichts machen" (gemeint sind D3 und D4, die beide nichts registrieren weil sie nicht aktiv sind), "haben wir hier grundsätzlich mal einen Aufbau von Interferenz."

Und das ist leider falsch! Wie von mir schon mehrfach betont und mehrfach belegt, hat man bei D0 keinerlei Interferenz, ganz egal ob D3 und D4 überhaupt existieren oder nicht. Das ist genau der Irrtum, um den es mir geht, alles andere lenkt nur ab wie in Sabine Hossenfelders Story mit der abschließenden Frage nach dem Alter des Kapitäns, die ja mit dem ersten Satz längst beantwortet ist. Das ist der springende Punkt, hier liegt der Hase im Pfeffer!

Ich zitiere zusätzlich noch vom Ende der Zusammenfassung aus dem Paper, das Cossy verlinkt hat:
"Every photon registered anywhere on the screen, fixes the state of the two-state which-way detector in a unique mutually unbiased basis. In the delayed-choice quantum eraser experiments, the role of mutually unbiased basis sets for the which-way detector, has been overlooked till now."

Übersetzung (DeepL):
"Jedes Photon, das irgendwo auf dem Bildschirm registriert wird, fixiert den Zustand des Zwei-Wege-Detektors in einer einzigartigen, gegenseitig unbeeinflussten Basis. In den Experimenten mit Quantenradierern mit verzögerter Wahl wurde die Rolle der gegenseitig unbeeinflussten Basissätze für den Welche-Wege-Detektor bisher [2021] übersehen."

"Gegenseitig unbeeinflusst" bedeutet, dass die Signale nicht interferieren, denn sie haben überhaupt nichts miteinander zu tun. Sie stammen aus zwei ganz verschiedenen Quellen, nämlich eindeutig von Spalt1 oder eindeutig von Spalt2, d.h. von den verschiedenen Ereignissen der Down-Conversion im dortigen Kristall. Auch Josef Gaßner übersah das offenbar und meinte, dass sie interferieren, wenn man einfach die Idler-Photonen ignoriert. So ist es aber nicht. Es ist ein Irrtum. Nochmal Sean Caroll: "Any sort of entanglemaet destroys interference." Ich kann hier nicht mehr als erklären und belegen. Die Referenzen sichten und mitdenken müsst ihr schon selber^^.