量子爆破思维实验

      在标准的迈克尔逊干涉仪中，激光通过一个分束镜镜分成两束，然后沿两条不同长度的垂直干涉臂传播。干涉臂末端的反射镜把两束光反向分束镜并重新合束。如果光程差是波长的整数倍，两束光合束后产生相长干涉，并在分束镜前面的观察屏上生成亮条纹。如果光程差是半波长的奇数倍，两束光产生相消干涉。

      干涉实验也可以用单光子而不是连续光束通过干涉仪来完成。根据量子力学，每个光子在干涉仪中有两种可能的状态，对应于光子从哪一臂通过。通过描述两种状态的波函数的叠加，可观测的干涉图案由此产生。因此，通过系统的任何光子只能打在两波函数不产生相消干涉的屏幕位置，也就是光子连续通过系统时在标准实验中观测到的某个亮条纹上。如果多次记录每个光子通过系统后打在屏幕上的位置，干涉图案就能复现。

      最后，试想一下，如果光子走的某一条路径能被“标记”，这将如何影响干涉图案？根据海森伯不确定性原理，有些信息在量子力学尺度无法被同时确定。比如，一个粒子的位置越精确，它的动量就越不精确。“标记”通过干涉仪的某一条路径将提供光子的位置信息，这样将破坏波函数叠加态并擦除干涉图案。

      量子爆破思维实验检验的是如何使用这些原理在没有光子与物体相互作用时也能探测到物体的存在。这个实验提出，有一定数量的炸弹在吸收一个光子后会爆炸。有些炸弹是活弹，有些是哑弹。除非和光相互作用，哑弹和活炸弹是无法被区分的。利用“路径”系统的量子力学原理，我们不用引爆所有活弹就能完成这种检验。

      为了完成测量，迈克尔逊干涉仪在对准后要使干涉图案中心为暗斑，而且这个中心主极小要对准探测器的输入端，而不是观测屏。在干涉仪某一臂中放一个炸弹，并用单光子输入系统。如果炸弹是哑弹，它完全不和光子发生相互作用。每条干涉臂中的光子的波函数干涉，光子不会打到探测器表面。如果炸弹是活弹，它能和光子发生相互作用。这就“标记”了有炸弹的干涉臂，因此破坏态的叠加。光子可通过炸弹或者探测器探测。如果光子和炸弹发生相互作用，炸弹将被引爆。如果光子打到探测器上，我们知道波函数坍塌在没有炸弹的干涉臂中；没有探测到炸弹就意味着光子必然走了另一臂。因此，不引爆所有活弹也能把炸弹筛选出来。