Un interferómetro óptico de dos caminos que divide un haz coherente entrante en dos trayectorias espacialmente separadas mediante divisores de haz o acopladores de modo equivalentes, introduce cambios relativos de fase o amplitud y luego recombina las trayectorias para producir interferencia; se usa para medir desplazamientos de fase, estudiar coherencia y realizar experimentos cuánticos con fotones individuales.

Principio

La interferencia surge de la superposición coherente de amplitudes de probabilidad asociadas a modos espaciales distintos (caminos); las intensidades de salida observables dependen de la fase relativa acumulada entre los caminos y de la coherencia e indistinguibilidad de los modos que interfieren.

Demostración

Experimento con fotón único: se envía un fotón único al divisor de entrada, la amplitud del fotón se divide coherentemente en los dos brazos, un modulador de fase controlable en un brazo altera la fase relativa y las estadísticas de recombinación producen una franja de interferencia en las tasas de clics de los detectores al variar la fase; introducir un detector de camino colapsa la interferencia y revela información de qué-camino.

Aplicación incorrecta

Tratar el dispositivo como medidor de una fase óptica absoluta sin referencia, o atribuir la disminución de visibilidad únicamente a decoherencia intrínseca mientras se ignoran la ineficiencia del detector, proporciones de división desiguales, asimetría de pérdidas o desajuste modal, conduce a conclusiones erróneas.

Consecuencia

Con componentes bien caracterizados y entradas coherentes, el interferómetro proporciona mediciones sensibles de desplazamientos de fase diferenciales, permite pruebas de complementariedad cuántica y sirve como primitiva para puertas cuánticas lineales ópticas y protocolos de metrología.

Inversión

El reverso es una configuración de medida de qué-camino que registra la identidad del camino y por tanto destruye la interferencia; la inversión enfatiza la detección de tipo partícula en lugar de la sensibilidad de tipo onda a la fase.

Límite

Se aplica a interferómetros ópticos lineales, generalmente con pérdidas, con dos caminos relevantes; no maneja por sí mismo medios fuertemente dispersivos o no lineales sin extensión; la banda de la fuente coherente debe ser compatible con la diferencia de longitud de camino.

Tensión semántica

Existe tensión entre la descripción de onda clásica (interferencia de Maxwell), que predice las mismas franjas, y el relato cuántico de un solo fotón que atribuye la interferencia a amplitudes de probabilidad superpuestas; distinguir estas explicaciones requiere atención a las estadísticas de fotones únicos y a las correlaciones de detectores.

Síntesis

Un interferómetro Mach–Zehnder divide y recombina modos ópticos de forma coherente de modo que la fase relativa acumulada entre caminos espaciales distintos se convierte en variaciones de intensidad medibles, ofreciendo una plataforma versátil para detección de fase de precisión y pruebas de coherencia cuántica.