Die Quantenverschränkung bleibt eines der mysteriösesten Phänomene der modernen Physik. Sie scheint es Teilchen zu ermöglichen, instantan zu kommunizieren und damit die Lichtgeschwindigkeit zu überwinden.
Illustration der Quantenverschränkung zwischen Teilchen.
Quelle: ATLAS Experiment
In der Quantenmechanik ist ein Teilchen kein präziser Punkt, sondern wird durch eine Wellenfunktion beschrieben, eine Wahrscheinlichkeitswolke, die angibt, wo wir das Teilchen bei einer Messung finden könnten. Wenn zwei Teilchen denselben Quantenzustand teilen, werden sie als verschränkt bezeichnet.
Verschränkung bedeutet, dass die Messung einer Eigenschaft eines Teilchens uns sofort über die Eigenschaft des anderen informiert. Zum Beispiel, wenn zwei Elektronen verschränkt sind und eines mit einem Spin 'hoch' in Bezug auf eine gegebene Achse beobachtet wird (was wir als binäre '1' betrachten können), wird das andere notwendigerweise mit einem Spin 'tief' (eine binäre '0') beobachtet, unabhängig von der Entfernung zwischen ihnen. Diese Korrelation hat keine zeitliche Komponente.
Kann man dann schlussfolgern, dass ein binäres '0' auf das entfernte Teilchen instantan übertragen wurde?
Diese scheinbare "Kommunikation" ist keine echte Kommunikation und verletzt nicht die Relativitätstheorie. Tatsächlich ist, obwohl der Zustand der Teilchen verbunden ist, eine lokale Messung an einem der Teilchen notwendig, um den Zustand jedes Teilchens zu offenbaren. Es ist somit nicht möglich, festzustellen, ob es sich um eine '0' oder eine '1' handelt, bevor eines der beiden Teilchen beobachtet wird.
Darüber hinaus ist der Wert '0' oder '1' vor der Messung nicht vorbestimmt; es ist die Messung selbst, die den Zustand des Teilchens bestimmt. Dieses Phänomen wurde durch die Experimente von Alain Aspect in den 1980er Jahren bestätigt, die zeigten, dass die Information nicht bereits vor der Messung vorhanden war (Abwesenheit von "verborgenen Variablen"). Die Quantenverschränkung ermöglicht es daher nicht, Informationen schneller als das Licht zu übertragen. Sie zeigt vielmehr eine nicht-lokale Verbindung zwischen den Teilchen, die ein intensives Forschungsthema in der Quantenphysik bleibt.
Die Implikationen der Quantenverschränkung sind weitreichend, von der Quantenkryptographie bis zur Quanteninformatik. Das Verständnis dieses Phänomens könnte neue technologische und wissenschaftliche Wege eröffnen.
Trotz der Fortschritte wirft die Quantenverschränkung weiterhin grundlegende Fragen über die Natur der Realität und die Grenzen unseres Verständnisses des Universums auf.
Quelle: Universe Today