ในกลศาสตร์ควอนตัมการทดลองลบควอนตัมเป็นการทดลองอินเตอร์เฟอโรเมตรีที่แสดงให้เห็นถึงแง่มุมพื้นฐานหลายประการของกลศาสตร์ควอนตัมรวมถึงการพัวพันควอนตัมและความสมบูรณ์^{[ 1 ] [ 2 ] : 328} การทดลองลบควอนตัมเป็นรูปแบบหนึ่งของการทดลองช่องคู่แบบคลาสสิกของโทมัสยัง การทดลองนี้พิสูจน์ว่าเมื่อมีการดำเนินการเพื่อกำหนดว่าโฟตอนผ่านช่องใดช่องหนึ่งจากสองช่อง โฟตอนจะไม่สามารถแทรกแซงตัวเองได้ เมื่อกระแสของโฟตอนถูกทำเครื่องหมายด้วยวิธีนี้ แถบการแทรกสอดที่เป็นลักษณะเฉพาะของการทดลองของยังจะไม่ปรากฏให้เห็น การทดลองนี้ยังสร้างสถานการณ์ที่โฟตอนที่ถูก "ทำเครื่องหมาย" เพื่อเปิดเผยว่ามันผ่านช่องใด สามารถ "ยกเลิกการทำเครื่องหมาย" ได้ในภายหลัง โฟตอนที่ถูก "ยกเลิกการทำเครื่องหมาย" จะแทรกสอดตัวเองอีกครั้ง ทำให้แถบการแทรกสอดที่เป็นลักษณะเฉพาะของการทดลองของยังกลับคืนมา^{[ 3 ]}

การทดลองลบควอนตัมได้รับการเสนอในปี 1982 โดยMarlan Scullyและ Kai Drühl ในบทความเรื่องQuantum eraser: A proposed photon correlation experiment concerning observation and "delayed choice" in quantum mechanicsซึ่งเป็นวิธีที่เป็นไปได้ในการทดสอบการคาดการณ์ของกลศาสตร์ควอนตัมที่ยังไม่ได้รับการทดสอบมาก่อน บทความนี้กล่าวถึงแรงบันดาลใจจากการมุ่งเน้นปัญหาการวัด ของ Eugene WignerการสนทนากับWillis Lambและการทดลองทางความคิดของ John Archibald Wheelerนอกจากนี้ บทความยังชี้ให้เห็นว่าการทดลองสามารถดำเนินการในโหมดการเลือกแบบล่าช้าได้ตามแนวคิดของการทดลองทางความคิดของ Wheeler ซึ่งปัจจุบันรู้จักกันในชื่อ การลบควอนตั มแบบเลือกแบบล่าช้า^{[ 4 ]}

การทดลองนี้เกี่ยวข้องกับอุปกรณ์ที่มีสองส่วนหลัก หลังจาก สร้างโฟตอน ที่พันกัน แล้วสอง ตัว แต่ละตัวจะถูกส่งไปยังส่วนของอุปกรณ์ที่แตกต่างกัน การกระทำใดๆ ที่ส่งผลต่อเส้นทางของโฟตอนที่พันกันอีกตัวที่กำลังตรวจสอบในส่วนช่องคู่ของอุปกรณ์ จะส่งผลต่อโฟตอนตัวที่สอง และในทางกลับกัน ข้อดีของการจัดการโฟตอนที่พันกันอีกตัวในส่วนช่องคู่ของอุปกรณ์ทดลองคือ ผู้ทำการทดลองสามารถทำลายหรือฟื้นฟูรูปแบบการแทรกสอดในส่วนนั้นได้โดยไม่ต้องเปลี่ยนแปลงอะไรในส่วนนั้นของอุปกรณ์ ผู้ทำการทดลองทำเช่นนั้นโดยการจัดการโฟตอนที่พันกัน และพวกเขาสามารถทำได้ก่อนหรือหลังจากที่โฟตอนที่พันกันได้ผ่านช่องและองค์ประกอบอื่นๆ ของอุปกรณ์ทดลองระหว่างตัวปล่อยโฟตอนและหน้าจอตรวจจับ ภายใต้เงื่อนไขที่ส่วนช่องคู่ของการทดลองถูกตั้งค่าเพื่อป้องกันการเกิดปรากฏการณ์การรบกวน (เนื่องจากมีข้อมูล "เส้นทางใด" ที่แน่นอน) สามารถใช้เครื่องลบควอนตัมเพื่อลบข้อมูลนั้นได้อย่างมีประสิทธิภาพ ในการทำเช่นนั้น ผู้ทำการทดลองจะคืนค่าการรบกวนโดยไม่ต้องเปลี่ยนแปลงส่วนช่องคู่ของอุปกรณ์ทดลอง^{[ 3 ]}

การทดลองรูปแบบหนึ่งที่เรียกว่าการลบควอนตัมแบบเลือกช้าช่วยให้สามารถเลื่อนการตัดสินใจว่าจะวัดหรือทำลายข้อมูล "เส้นทางใด" ออกไปจนกว่าอนุภาคที่พันกัน (อนุภาคที่ผ่านช่อง) จะแทรกแซงตัวเองหรือไม่^{[ 5 ]} ในการทดลองแบบเลือกช้า ผลกระทบควอนตัมสามารถเลียนแบบอิทธิพลของการกระทำในอนาคตต่อเหตุการณ์ในอดีตได้^{[ 6 ]} อย่างไรก็ตาม ลำดับเวลาของการกระทำในการวัดนั้นไม่สำคัญ^{[ 7 ]}

ขั้นแรกโฟตอนจะถูกยิงผ่านอุปกรณ์ออปติกแบบไม่เชิงเส้นชนิด พิเศษ : ผลึก เบตาแบเรียมโบเรต (BBO) ^{[ 3 ]} ผลึกนี้จะแปลงโฟตอนเดี่ยวให้เป็นโฟตอนที่พันกันสองตัวที่มีความถี่ต่ำกว่า ซึ่งเป็นกระบวนการที่เรียกว่าการแปลงพาราเมตริกแบบสปอนเทเนียสลง (SPDC) โฟตอนที่พันกันเหล่านี้จะเดินทางไปตามเส้นทางที่แยกจากกัน โฟตอนหนึ่งตัวจะไปที่ตัวตรวจจับที่สามารถแยกโพลาไรเซชันได้โดยตรง ในขณะที่โฟตอนตัวที่สองจะผ่านหน้ากากช่องคู่ไปยังตัวตรวจจับที่สามารถแยกโพลาไรเซชันได้อีกตัวหนึ่ง ตัวตรวจจับทั้งสองเชื่อมต่อกับวงจรการเกิดพร้อมกันเพื่อให้แน่ใจว่าจะนับเฉพาะคู่โฟตอนที่พันกันเท่านั้นมอเตอร์สเต็ปเปอร์จะเคลื่อนตัวตรวจจับตัวที่สองเพื่อสแกนไปทั่วพื้นที่เป้าหมาย ทำให้เกิดแผนที่ความเข้ม การกำหนดค่านี้ทำให้เกิดรูปแบบการรบกวนที่คุ้นเคย

ถัดไป จะวางตัว กรองโพลาไรซ์แบบวงกลมไว้ด้านหน้าแต่ละช่องในหน้ากากแบบสองช่อง ทำให้เกิดโพลาไรซ์แบบ วงกลมตาม เข็มนาฬิกาในแสงที่ผ่านช่องหนึ่ง และโพลาไรซ์แบบวงกลมทวนเข็มนาฬิกาในอีกช่องหนึ่ง (ดูรูปที่ 1) (ช่องใดที่สอดคล้องกับโพลาไรซ์ใดนั้นขึ้นอยู่กับโพลาไรซ์ที่รายงานโดยตัวตรวจจับตัวแรก) โพลาไรซ์นี้จะถูกวัดที่ตัวตรวจจับตัวที่สอง ซึ่งเป็นการ "ทำเครื่องหมาย" โฟตอนและทำลายรูปแบบการแทรกสอด (ดูกฎของเฟรสเนล-อาราโก )

สุดท้ายนี้ ได้มีการนำ ตัวกรองโพลาไรซ์เชิงเส้นมาวางไว้ในเส้นทางของโฟตอนตัวแรกของคู่ที่พันกัน ทำให้โฟตอนตัวนี้มีโพลาไรซ์ในแนวทแยง (ดูรูปที่ 2) การพันกันทำให้มั่นใจได้ว่าคู่ของโฟตอนที่มีโพลาไรซ์ในแนวทแยงจะมีลักษณะตรงกันข้ามกับโฟตอนตัวแรก ซึ่งจะผ่านหน้ากากช่องคู่ การเปลี่ยนแปลงนี้จะส่งผลต่อตัวกรองโพลาไรซ์แบบวงกลม โดยแต่ละตัวจะสร้างแสงโพลาไรซ์แบบตามเข็มนาฬิกาและทวนเข็มนาฬิกาผสมกัน ดังนั้น ตัวตรวจจับตัวที่สองจึงไม่สามารถระบุเส้นทางที่ใช้ได้อีกต่อไป และแถบการรบกวนจึงกลับคืนมา

ช่องคู่ที่มีโพลาไรเซอร์หมุนได้ยังสามารถอธิบายได้โดยการพิจารณาว่าแสงเป็นคลื่นคลาสสิก^{[ 8 ]}อย่างไรก็ตาม การทดลองนี้ใช้โฟตอนที่พันกัน ซึ่งไม่เข้ากันกับกลศาสตร์คลาสสิก

เทคโนโลยีการลบควอนตัมสามารถใช้เพื่อเพิ่มความละเอียดของกล้องจุลทรรศน์ ขั้นสูง ได้^{[ 9 ]}

ความเข้าใจผิดทั่วไปเกี่ยวกับการทดลองนี้คือ อาจใช้เพื่อสื่อสารข้อมูลระหว่างเครื่องตรวจจับสองตัวได้ทันที^{[ 10 ]}อย่างไรก็ตาม สาเหตุง่ายๆ ขัดขวางการยัดเยียดข้อมูล "ที่กำหนด" ให้กับผลลัพธ์ที่สังเกตได้ สิ่งสำคัญคือต้องเข้าใจบทบาทของเครื่องตรวจจับความบังเอิญในการตั้งค่าการทดลองนี้ ตัวกรองโพลาไรซ์เชิงเส้นในเส้นทางด้านบนจะกรองโฟตอนที่พันกันออกไปครึ่งหนึ่งอย่างมีประสิทธิภาพ และผ่านเครื่องตรวจจับความบังเอิญ จะกรองโฟตอนที่สอดคล้องกันในเส้นทางด้านล่าง เครื่องตรวจจับความบังเอิญสามารถทำงานได้โดยการเปรียบเทียบข้อมูลจากเซ็นเซอร์ทั้งสองเท่านั้น ทำให้ไม่สามารถใช้การตั้งค่านี้สำหรับการสื่อสารได้ทันที

กล่าวอีกนัยหนึ่ง มีเพียงเปอร์เซ็นต์เล็กน้อยของแสงที่ผ่านผลึก BBO เท่านั้นที่จะถูกแยกออกเป็นคู่ที่พันกัน โฟตอนส่วนใหญ่ที่ผ่านผลึกจะไม่ถูกแยกออก และจะต้องถูกกำจัดออกจากชุดข้อมูลสุดท้ายในฐานะสัญญาณรบกวนที่ไม่ต้องการ เนื่องจากไม่มีวิธีใดที่ตัวตรวจจับจะวัดได้ว่าโฟตอนเป็นส่วนหนึ่งของคู่ที่พันกันหรือไม่ การตัดสินใจนั้นจึงทำโดยการพิจารณาเวลา และกรองโฟตอนใดๆ ที่ไม่ถูกตรวจจับในเวลาเดียวกันกับ 'คู่แฝด' ของมันที่ตัวตรวจจับอีกตัว ดังนั้น เมื่อสร้างคู่โฟตอนที่พันกันขึ้น แต่หนึ่งในสองโฟตอนถูกปิดกั้นโดยตัวกรองโพลาไรซ์และหายไป โฟตอนที่เหลือจะถูกกรองออกจากชุดข้อมูลราวกับว่าเป็นหนึ่งในโฟตอนที่ไม่พันกันจำนวนมาก เมื่อมองในมุมนี้ จึงไม่น่าแปลกใจที่การเปลี่ยนแปลงเส้นทางด้านบนอาจส่งผลกระทบต่อการวัดที่ทำในเส้นทางด้านล่าง เนื่องจากมีการเปรียบเทียบการวัดทั้งสองและใช้ในการกรองข้อมูล

โปรดทราบว่าในสถานะสุดท้ายของการจัดเตรียมการทดลองนี้ การวัดบนเส้นทางด้านล่างจะแสดงรูปแบบที่เบลอในข้อมูลดิบเสมอ การมองเห็นรูปแบบการแทรกสอดนั้นเป็นไปได้ก็ต่อเมื่อกรองข้อมูลด้วยตัวตรวจจับความบังเอิญและพิจารณาเฉพาะโฟตอนที่เป็นครึ่งหนึ่งของคู่ที่พันกันเท่านั้น

• การวิเคราะห์เชิงเทคนิคเพิ่มเติมเกี่ยวกับการทดลองลบควอนตัม
• บทความจากScientific American : เครื่องลบควอนตัมแบบทำเองได้ - หมายเหตุ: เฉพาะสมาชิก Scientific American ออนไลน์เท่านั้น