Abstrakt
Young's double-slit experiment [1] requires two waves produced simultaneously at two different points in space. In quantum mechanics the waves correspond to a single quantum object, even as complex as a big molecule. An interference is present as long as one cannot tell for sure which slit is chosen by the object. The more we know about the path, the worse the interference. In the paper we show that quantum mechanics allows for a dual version of the phenomenon: self-interference of waves propagating through a single slit but at different moments of time. The effect occurs for time-independent Hamiltonians and thus should not be confused with Moshinsky-type time-domain interference [2], a consequence of active modulation of parameters of the system (oscillating mirrors, chopped beams, time-dependent apertures, moving gratings, etc.). The discussed phenomenon is counterintuitive even for those who are trained in entangled-state quantum interferometry. For example, the more we know about the trajectory in space, the better the interference. Exactly solvable models lead to formulas deceptively similar to those from a Youngian analysis. The models are finite dimensional, with interaction terms based on two-qubit CNOT quantum gates. The effect is generic and should be observable in a large variety of experimental configurations. Moreover, there are reasons to believe that this new type of quantum interference was in fact already observed in atomic interferometry almost three decades ago, but was misinterpreted and thus rejected as an artifact of unknown origin.
Cytowania
-
0
CrossRef
-
0
Web of Science
-
0
Scopus
Autor (1)
Cytuj jako
Pełna treść
- Wersja publikacji
- Accepted albo Published Version
- Licencja
- otwiera się w nowej karcie
Słowa kluczowe
Informacje szczegółowe
- Kategoria:
- Publikacja w czasopiśmie
- Typ:
- artykuły w czasopismach
- Opublikowano w:
-
Frontiers in Physics
nr 7,
ISSN: 2296-424X - Język:
- angielski
- Rok wydania:
- 2019
- Opis bibliograficzny:
- Czachor M.: Swapping Space for Time: An Alternative to Time-Domain Interferometry// Frontiers in Physics -Vol. 7, (2019), s.79-
- DOI:
- Cyfrowy identyfikator dokumentu elektronicznego (otwiera się w nowej karcie) 10.3389/fphy.2019.00079
- Bibliografia: test
-
- Young T. The bakerian lecture. Experiments and calculations relative to physical optics. Phil Trans R Soc Lond. (1804) 94:1-16. doi: 10.1098/rstl.1804.0001 otwiera się w nowej karcie
- Moshinsky M. Diffraction in time. Phys Rev. (1952) 88:625-631. doi: 10.1103/PhysRev.88.625 otwiera się w nowej karcie
- Badurek G, Rauch H, Tuppinger D. Neutron interferometric double-resonance experiment. Phys Rev A. (1986) 34:2600-8. doi: 10.1103/PhysRevA.34.2600 otwiera się w nowej karcie
- Hils Th., Felber J, Gähler R, Gläser W, Golub R, Habicht K, et al. Matter-wave optics in the time domain: Results of a cold-neutron experiment. Phys Rev A. (1998) 58:4784-90. doi: 10.1103/PhysRevA.58.4784 otwiera się w nowej karcie
- Balashov SN, Bondarenko IV, Frank AI, Geltenbort P, Høghøj P, Kulin GV, et al. Diffraction of ultracold neutrons on a moving grating and neutron focusing in time. Physica B. (2004) 350:246-9. doi: 10.1016/j.physb.2004.04.038 otwiera się w nowej karcie
- Arndt M, Szriftgiser P, Dalibard J, Steane AM. Atom optics in the time domain. Phys Rev A. (1996) 53:3369-78. doi: 10.1103/PhysRevA.5 3.3369 otwiera się w nowej karcie
- Szriftgiser P, Guéry-Odelin D, Arndt M, Dalibard J. Atomic diffraction and interference using temporal slits. Phys Rev Lett. (1996) 77:4-7. doi: 10.1103/PhysRevLett.77.4 otwiera się w nowej karcie
- Lindner F, Schaetzel MG, Walther H, Baltuska A, Goulielmakis E, Krausz F, et al. Attosecond double-slit experiment. Phys Rev Lett. (2005) 95:040401. doi: 10.1103/PhysRevLett.95.040401 otwiera się w nowej karcie
- BrucknerČ, Zeilinger A. Diffraction of matter waves in space and in time. Phys Rev A. (1997) 56:3804-2824. doi: 10.1103/PhysRevA.56.3804 otwiera się w nowej karcie
- Paulus GG, Bauer D. Double-slit in the time domain. Lect Notes Phys. (2009) 789:303-39. doi: 10.1007/978-3-642-0317 otwiera się w nowej karcie
- Miniatura ch., Perales F, Vassilev G, Reinhardt J, Robert J, Baudon J. A longitudinal Stern-Gerlach interferometer: the 'beaded' atom. J Physique II. (1991) 1:425-36. doi: 10.1051/jp2:1991177 otwiera się w nowej karcie
- Robert J, Ch. Miniatura, Gorceix O, Le Boiteux S, Lorent V, Reinhardt J, et al. Atomic quantum phase studies with a longitudinal Stern-Gerlach interferometer. J Physique II. (1992) 2:601-4. doi: 10.1051/jp2:1992155 otwiera się w nowej karcie
- Wootters WK, Zurek WH. Complementarity in the double-slit experiment: quantum nonseparability and a quantitative statement of Bohr's principle. Phys Rev D. (1979) 19:473-84. doi: 10.1103/PhysRevD.1 9.473 otwiera się w nowej karcie
- Chapman MS, Hammond TD, Lenef A, Schmiedmayer J, Rubenstein RA, Smith E., et al. Photon scattering from atoms in an atom interferometer: coherence lost and regained. Phys Rev Lett. (1995) 75:3783-7. doi: 10.1103/PhysRevLett.75.3783 otwiera się w nowej karcie
- Englert B-G. Fringe visibility and which-way information: an inequality. Phys Rev Lett. (1996) 77:2154. doi: 10.1103/PhysRevLett.7 7.2154 otwiera się w nowej karcie
- Rzażewski K,Żakowicz W. Spontaneous emission from an extended wavepacket. J Phys B. (1992) 25:L319-22. doi: 10.1088/0953-4075/25/13/001 otwiera się w nowej karcie
- Steuernagel O, Paul H. Spontaneous emission from an extended wave packet: field correlations. Phys Rev A. (1996) 53:2983-5. doi: 10.1103/PhysRevA.53.2983 otwiera się w nowej karcie
- Chan KW, Law CK, Eberly JH. Quantum entanglement in photon-atom scattering. Phys Rev A. (2003) 68:022110. doi: 10.1103/PhysRevA.68.022110 otwiera się w nowej karcie
- Fedorov MV, Efremov MA, Kazakov AE, Chan KW, Law CK, Eberly JH. Spontaneous emission of a photon: wave-packet structures and atom-photon entanglement. Phys Rev A. (2005) 72:032110. doi: 10.1103/PhysRevA.72.032110 otwiera się w nowej karcie
- Guo R, Guo H. Momentum entanglement and disentanglement between an atom and a photon. Phys Rev A. (2007) 76:012112. doi: 10.1103/PhysRevA.76.012112 otwiera się w nowej karcie
- de Melo e Souza R, Impens F, Maia Neto PA. Decoherence by spontaneous emission: a single-atom analog of superradiance. Phys Rev A. (2016) 94:062114. doi: 10.1103/PhysRevA.94.062114 otwiera się w nowej karcie
- Cronin D, Schmiedmayer J, Pritchard DE. Optics and interferometry with atoms and molecules. Rev Mod Phys. (2009) 81:1051-129. doi: 10.1103/RevModPhys.81.1051 otwiera się w nowej karcie
- Czachor M, You L. Nonsimultaneous spontaneous emission from atomic wave packets. In: Eberly JH, Mandel L, Wolf E, editors. it Coherence and Quantum Optics VII. New York, NY: Plenum Press (1996). p. 719-20. otwiera się w nowej karcie
- Gyulassy M, Kauffmann S.K, Wilson LW. Pion interferometry of nuclear collisions. Theory I. Phys Rev C. (1979) 20:2267-92. doi: 10.1103/PhysRevC.20.2267 otwiera się w nowej karcie
- Florkowski W. Phenomenology of Ultra-Relativistic Heavy-Ion Collisions. Singapore: World Scientific (2010). doi: 10.1142/7396 otwiera się w nowej karcie
- Marzlin K-P, Sanders BC, Knight PL. Complementarity and uncertainty relations for matter-wave interferometry. Phys Rev A. (2009) 78:062107. doi: 10.1103/PhysRevA.78.062107 otwiera się w nowej karcie
- Pfau T, Spälter S, Kurtsiefer C, Ekstrom CR, Mlynek J. Loss of spatial coherence by a single spontaneous emission. Phys Rev Lett. (1994) 73:1223-6. doi: 10.1103/PhysRevLett.73.1223 otwiera się w nowej karcie
- Kurtsiefer C, Dross O, Voigt D, Ekstrom CR, Pfau T, Mlynek J. Observation of correlated atom-photon pairs on the single-particle level. Phys Rev A. (1997) 55:R2539-42. doi: 10.1103/PhysRevA.55.R2539 otwiera się w nowej karcie
- Dopfer B, Kwiat PG, Weinfurter H, Zeilinger A, Horne MA. Brillouin scattering and dynamical diffraction of entangled photon pairs. Phys Rev A. (1995) 52:R2531-4. doi: 10.1103/PhysRevA.52.R2531 otwiera się w nowej karcie
- Czachor M, You L. Spatially sequential turn-on of spontaneous emission from an atomic wave packet. Int. J. Theor. Phys. (1999) 38:277-88. doi: 10.1023/A:1026653712169 otwiera się w nowej karcie
- Weryfikacja:
- Politechnika Gdańska
wyświetlono 122 razy
Publikacje, które mogą cię zainteresować
Method for universal detection of two-photon polarization entanglement
- K. Bartkiewicz,
- P. Horodecki,
- K. Lemr
- + 2 autorów
Long-distance quantum communication over noisy networks without long-time quantum memory
- P. Mazurek,
- A. Grudka,
- M. Horodecki
- + 4 autorów
Progress towards a unified approach to entanglement distribution
- A. Streltsov,
- R. Augusiak,
- M. Demianowicz
- + 1 autorów