Kvanttiinterferenssi

Kvanttiinterferenssi on ilmiö, jossa kvanttisysteemin todennäköisyydet riippuvat useamman mahdollisen reitin yhteisvaikutuksesta. Siinä on kyse superpositiosta: partikkeli voidaan kuvata todennäköisyysamplitudina, jonka vaihejakauma johtaa sekä konstruktiviseen että destruktiviseen interferenssiin. Kun useampi reitti on mahdollinen, näiden reittien aallon kaltaiset osat voivat vahvistaa tai heikentää toisiaan riippuen niiden vaiheista.

Koe-esimerkki on Youngin kaksoisreuna, jossa fotonit, elektronit, neutronit tai atomit kulkevat kahden alueen kautta ja lopullinen hajonnan rakenne muodostuu interferenssistä. Interferenssikuvio näyttää maksimaalisia ja minimiä todennäköisyydelle, mikä todistaa partikkelien aalto-kvstisen luonteen. Kvantti-interferenssi voidaan havaita pienistäkin yhteensopivista reiteistä ja vaatii usein lyhyen tai pitkän kestoisen koherenssin.

Mekanismina on todennäköisyysamplitudi: jos reitit 1 ja 2 antavat amplitudit A1 ja A2 ja niillä on vaihe-erä Δφ, lopullinen todennäköisyys on ∝ |A1 + A2 e^{iΔφ}|^2. Interferenssi heikkenee tai katoaa, kun which-path -tietoa saadaan tai kun ympäristön dekoherenssi pilaa koherenssin.

Kvantti-interferenssi on keskeinen ilmiö monissa sovelluksissa, kuten optisissa ja atomisissa interferometreissa, tarkassa metrologiassa, gravitaatioaalloista käänteisesti luettavissa olevissa instrumenteissa sekä kvanttiprosessien ja mittaustekniikan kehityksessä.