O tratamento clássico do interferômetro de Mach-Zehnder: uma releitura mais moderna do experimento da fenda dupla na introdução da física quântica

Abstract

Neste trabalho, analisamos detalhadamente o fenômeno ondulatório da luz em um interferômetro de Mach-Zehnder (IMZ) operando em regime clássico. Um dos principais objetivos do trabalho é dar suporte a futuras transposições para o IMZ em regime quântico. O IMZ é um arranjo experimental que apresenta uma releitura, mais moderna em termos tecnológicos, do experimento das duas fendas de Young [1] e tem sido extensivamente explorado em artigos da área de computação quântica e criptografia quântica [2] - áreas que se alicerçam nos fenômenos de superposição e de interferência quânticas - e em artigos de ensino de física para disciplinas introdutórias de física quântica (FQ) - área que propõe naturalmente uma reflexão sobre o problema conceitual da escolha dos caminhos pelo fóton [3-10]. Os resultados analíticos aqui apresentados foram utilizados na elaboração de um software educacional que simula a interferência nos regimes clássico e quântico e que está em plena utilização em cursos introdutórios de FQ no IF-UFRGS.

Teaching wave-particle complementarity using the Virtual Mach-Zehnder Interferometer

“…The meaning of terms on the right-hand side (20) or (21) is clear. Considering (20), the quantity R 1 T 2 is the probability of a photon to be reflected by first beam splitter and transmitted by the second, exiting from output port 1.…”

“…The MZI appears in a considerable part of literature concerning to quantum physics teaching and its quantum description is detailed in some of them [9,10,11,12,13]. Our group has also produced some papers adopting the MZI as the central device and didactical tool over the past years [1,14,15,16,17,18,19,20,21,22], two of them addressing complementarity [23,24]. In this paper, the mathematical treatment, barely explained in previous papers, will be much better detailed.…”