Quantenverschränkung erstmals gefilmt

30. Mai 2013, 10:36
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Wiener Forscher zeigen, wie sich die Messung an einem Photon auf ein mit ihm verschränktes Partnerteilchen auswirkt

Wien - Wiener Physiker haben erstmals die Folgen von Quantenverschränkung - in Anlehnung an Albert Einstein gerne auch als "spukhafte Fernwirkung" bezeichnet - gefilmt und die Ergebnisse in der Fachzeitschrift "Scientific Reports" publiziert.

Die Verschränkung zweier oder mehrere Objekte ist eines der grundlegendsten Phänomene der Quantenphysik. Zwei verschränkte Teilchen, etwa zwei Photonen, bleiben auch über große Distanzen miteinander verbunden. Anschaulich lässt sich die Verschränkung mit Spielwürfeln erklären: 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. In den vergangenen Jahrzehnten wurde in zahlreichen Experimenten eindeutig gezeigt, dass diese Fernwirkung tatsächlich existiert.

Ein Forscherteam rund um den Wiener Experimentalphysiker Anton Zeilinger hat nun mit Hilfe eines neuartigen Aufnahmeverfahrens in Echtzeit gezeigt, wie sich eine Messung an einem Lichtteilchen auf ein mit ihm verschränktes Partnerteilchen auswirkt. Sie erzeugten dazu verschränkte Photonenpaare, wobei jeweils eines der beiden Lichtteilchen zu einer Kamera geschickt wird. Eine größere Zahl solcher Photonen lässt in der Kamera ein komplexes räumliches Muster entstehen. Das jeweilige Partnerteilchen wird von einer herkömmlichen Messapparatur registriert, wobei die Messung gleichzeitig als Auslöser für die Kamera dient. Jede Messung bringt also ein Foto. Das Muster, das so in der Kamera entsteht, hängt nun exakt davon ab, wie die Partnerteilchen gemessen werden.

Im konkreten Fall wird die Polarisation des Lichtteilchens gemessen. Dreht man den Polarisator am Messgerät - verändert also die Messung an dem einen Teilchen - rotiert auch das entsprechende Muster, das von den verschränkten Partnerteilchen in der Kamera erzeugt wird, erklärte der Erstautor der Arbeit, Robert Fickler vom Vienna Center for Quantum Science and Technology (VCQ) an der Universität Wien und dem Institut für Quantenoptik und Quanteninformation (IQOQI) der Akademie der Wissenschaften (ÖAW). Die Einstellung der Messapparatur für das erste Teilchen bestimme, wie das Muster in der Kamera aussieht - und dies, obwohl Kamera und Messgerät unabhängig voneinander sind und verschiedene Photonen messen, die deutlich räumlich voneinander getrennt sind.

Forscher überlegen bereits Anwendungen

Die Kamera erhält dabei keine Auskunft über die Einstellungen des Messgeräts, auch das Signal zum Auslösen der Kamera enthält keine Information darüber, wie das erste Photon gemessen wurde. "Dennoch hängt das von der Kamera gemessene Muster - wie von der Quantentheorie vorhergesagt - von der vorhergehenden Messung am ersten Photon ab", so Fickler.

Die Versuche sind aber mehr als nur ein Demonstrationsexperiment, betonen die Physiker. Mit der neu entwickelten Methode könnten komplexe Lichtstrukturen schnell und effizient detektiert werden. Dies könnte neue Perspektiven für zukünftige Anwendungen eröffnen, so Zeilinger. (APA/red, derStandard.at, 30. 5. 2013)

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