эффект Хонга — У — Манделаэффект
Открытый в 1987 году Чун Ки Хонгом, Чжэю У и Леонардом Манделом, этот эффект показал странное квантовое поведение: два идентичных фотона, встретившись на светоделителе, всегда держатся вместе. Светоделитель — это как полупрозрачное зеркало, отражающее половину света и пропускающее половину. С классической точки зрения иногда фотоны должны были бы попадать в разные детекторы, но в квантовом мире интерференция вероятностных амплитуд начисто исключает такой исход. Это яркая демонстрация того, что фотоны — неразличимые частицы, подчиняющиеся статистике Бозе–Эйнштейна, которая способствует нахождению в одном состоянии. Оригинальный эксперимент использовал параметрическое рассеяние для создания фотонных пар и выявил резкий провал в числе совпадений.
Как работает
Эффект проявляется в экспериментах с одиночными источниками фотонов. Например, если направить два фотона из таких источников на светоделитель (полупрозрачное зеркало), детекторы на выходах никогда не сработают одновременно, когда фотоны идеально идентичны. Это используют для проверки степени одинаковости фотонов и в квантовой связи для обеспечения безопасности.
💡 «Провал Хонга — У — Мандела» настолько чувствителен, что позволяет измерять задержки всего в несколько фемтосекунд (миллионных долей миллиардной доли секунды), превращая его в инструмент сверхбыстрой синхронизации.
|1,1\rangle \xrightarrow{BS} \frac{1}{\sqrt{2}}(|2,0\rangle - |0,2\rangle)
|1,1\rangle — начальное состояние с одним фотоном в каждом из двух входов; BS — светоделитель 50:50; |2,0\rangle и |0,2\rangle — состояния с двумя фотонами в первом или втором выходе. Эта суперпозиция означает, что фотоны всегда оказываются вместе, но в каком именно выходе — случайно.
P_{coin}(\tau) = \frac{1}{2}\left[1 - e^{-\frac{(\Delta\omega \tau)^2}{2}}\right]
P_{coin} — вероятность срабатывания двух детекторов одновременно (совпадений); \tau — временная задержка между приходом фотонов на светоделитель; \Delta\omega — ширина полосы частот фотонов (характеризует их спектральную чистоту). При \tau=0 и идеальной неразличимости P_{coin}=0.