Teilchen geben ihre Fernbeziehung bekannt

8. Juli 2012, 19:37
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Physiker verschränkten zwei 20 Meter voneinander entfernte Atome und fanden einen Weg, diese Beziehung anzukündigen

Wien - Beim Phänomen der Verschränkung können zwei Teilchen über beliebige Distanzen miteinander in Verbindung stehen. Um daraus praktischen Nutzen zu ziehen, muss man allerdings wissen, ob sich die zwei Teilchen tatsächlich in diesem verschränkten Zustand befinden. Julian Hofmann und dem aus Österreich stammenden Physiker Harald Weinfurter vom Institut für Quantenoptik der Universität München ist es nun gelungen, zwei 20 Meter voneinander entfernte Atome zu verschränken und einen Weg zu finden, wie die "Fernbeziehung" auch bekanntgeben wird. Die Wissenschafter ihrerseits gaben ihr Ergebnis in der Fachzeitschrift "Science" bekannt.

Die Verschränkung ist ein Phänomen, das der österreichische Physiker Erwin Schrödinger als charakteristische Eigenschaft der Quantenmechanik schlechthin und Albert Einstein als "spukhafte Fernwirkung" bezeichnet hat: Zwei verschränkte Teilchen, etwa zwei Photonen, bleiben über beliebige Distanzen miteinander verbunden. Sind sie verschränkt, haben sie perfekt definierte gemeinsame Eigenschaften, verlieren dabei allerdings ihre Einzeleigenschaften.

Könnte man zwei Spielwürfel verschränken, wüsste man bis zur Messung nicht, welche Augenzahl sie zeigen. Nach der Messung würde aber mit Sicherheit bei beiden die gleiche - zufällige - Seite nach oben zeigen. Sind zwei Teilchen nicht verschränkt, hat jedes seine eigene wohldefinierte Eigenschaft. Im Fall der Würfel würde bei jedem davon eine zufällige Seite nach oben zeigen, völlig unabhängig vom anderen Würfel.

Herold der Verschränkung

Die Wissenschafter haben für ihr Experiment in zwei getrennten Räumen jeweils ein Rubidium-Atom mit einem Laser angeregt. Dabei emittieren die Atome je ein Photon - Atom und Photon sind dadurch jeweils mit ihren Pendant im anderen Raum verschränkt. Die beiden Photonen werden über Lichtleiter zusammengeführt, an einem Strahlteiler überlagert und detektiert. Dadurch wird automatisch auch der Verschränkungs-Zustand der beiden 20 Meter voneinander entfernten Rubidium-Atome festgelegt. "Das Detektionsereignis der Photonen zeigt uns an, in welchem verschränkten Zustand die beiden Atome sind. Es fungiert quasi als Herold für die Verschränkung", so Weinfurter. Der Physiker will mit seinen beiden Atomen "in absehbarer Zeit ein paar 100 Meter weiter auseinandergehen".

In einem Kommentar zu der Arbeit betonen Jürgen Volz und Arno Rauschenbeutel vom Vienna Center for Quantum Science and Technology (VCQ) an der Technischen Universität (TU) Wien in "Science", dass die Verschränkung von zwei Atomen, die durch einen zweiten Prozess bestätigt wird, Langstrecken-Quantenkommunikation ermögliche. Bei dieser müssen verschränkte Photonen über weite Strecken in Lichtleitern übertragen werden. Sogenannte Repeater müssen dabei das schwächer werdende Lichtsignal immer wieder auffrischen. Weinfurters Experiment-Aufbau könnte dabei helfen, die notwendige Verschränkung über die ganze Entfernung zu erhalten.

Volz und Rauschenbeutel sehen in dem Experiment zudem die Möglichkeit für einen Test der Bell'schen Ungleichung, der alle noch bestehenden Lücken bisheriger Experiment schließt und "eine finale Antwort über die Natur der Quantenphysik gibt", wie die beiden TU-Wissenschafter schreiben. Die berühmte Bell'sche Ungleichung zeigt den grundlegenden Unterschied zwischen klassischer Physik und Quantenmechanik. (APA/red, derstandard.at, 8.7.2012)

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