Wiener Physiker können neuerdings den Zufall ankündigen

29. Juni 2010, 13:16
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Nachweis eines verschränkten Zustands ohne Messung - Wichtig für Quantenkommunikation und -computer

Eine neuartige Quelle für verschränkte Lichtteilchen haben Wiener Physiker entwickelt. Diese erlaubt es erstmals nachzuweisen, dass ein verschränkter Zustand vorliegt, ohne diesen zu messen, und damit gleichzeitig zu zerstören. Die Arbeit der Wissenschafter um Philip Walther und Anton Zeilinger von der Universität Wien und dem Institut für Quantenoptik und Quanteninformation (IQOQI) der Akademie der Wissenschaften wurde nun in der Wissenschaftszeitschrift "nature photonics" veröffentlicht.

"Spukhafte Fernwirkung"

Verschränkung ist ein - für unser Verständnis der makroskopischen Welt sonderbar anmutendes - physikalisches Phänomen aus dem Bereich Quantenmechanik. Sind beispielsweise zwei Lichtteilchen (Photonen) miteinander verschränkt, so bleiben sie über beliebige Distanzen wie durch Zauberhand miteinander verbunden. Führt man eine Messung, z.B. des Polarisationszustandes, an einem der beiden Teilchen durch, so beeinflusst das sofort auch den Zustand des anderen Teilchens, was schon Albert Einstein als "spukhafte Fernwirkung" bezeichnet hat.

Mit solch verschränkten Teilchen lassen sich zahlreiche quantenphysikalische Experimente durchführen und auch in zukünftigen Quantencomputern wird dieses Phänomen wohl eine große Rolle spielen. Bisher hatten die Standardquellen für verschränkte Photonen aber einen entscheidenden Nachteil: Es war unbekannt und völlig zufällig, wann die Teilchenpaare aus der Quelle kommen - was die Physiker vor Probleme stellte. Werden die Teilchenpaare etwa als Quantenbits (Grundlage eines Quantencomputers analog den klassischen Bits beim herkömmlichen Computer) genutzt, müssten nach jedem vermuteten Rechenschritt Photonen gemessen werden, um festzustellen, ob es sich tatsächlich um verschränkte Teilchen handelte und der Rechenschritt damit erfolgreich war.

Quantenrechnungen

In der Quantenmechanik bedeutet eine Messung allerdings gleichzeitig auch die Zerstörung der Verschränkung. Die Teilchen können dadurch für weitere Quantenrechnungen nicht mehr verwendet werden. Dadurch war die Anwendbarkeit eines optischen Quantencomputers bisher stark begrenzt.

Die Wiener Physiker haben nun eine Quelle für verschränkte Photonenpaare gebaut, bei der das Auftauchen der Teilchen angekündigt wird, womit eine Messung zu deren Nachweis überflüssig wird. Sie verwenden dazu Hilfsteilchen, die sie messen können, ohne den Zustand des verbleibenden Teilchenpaares zu stören. Konkret präparierten die Physiker sechs Photonen in einem speziellen quantenmechanischen Zustand. Misst man vier davon in einer festgelegten Art und Weise, stört das die übrigen beiden Photonen nicht und man weiß damit, ob sie sich in einem verschränkten Zustand befinden.

Für die Realisierung von optischen Quantennetzwerken oder photonischen Quantencomputern, die auf Verschränkung basieren, sei diese neue Möglichkeit ein wichtiger Schritt, sind die Wiener Wissenschafter überzeugt. (APA)

 

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