Quantenphysik: Neue Messmethode für die "spukhafte Fernwirkung"

21. März 2016, 17:29
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Innsbrucker Physiker entwickelten einfachere Verschränkungsmessung in Vielteilchensystemen

Innsbruck – Albert Einstein nannte sie "spukhafte Fernwirkung". Tatsächlich entzieht sich das Phänomen der Verschränkung, das für viele Quantentechnologien unentbehrlich ist, unserer Intuition. Innsbrucker Physiker stellen nun im Fachblatt "Nature Physics" eine neue Methode vor, mit der relativ einfach ermittelt werden kann, ob Teilchen verschränkt sind. Das könnte helfen, Messverfahren präziser zu machen und Materie besser zu verstehen.

Der Quantenzustand der Verschränkung stellt Physiker vor Probleme: Sind es nur einzelne Teilchen, die diesen Bund eingehen, sei das Phänomen noch relativ einfach nachzuweisen, sagte Philipp Hauke vom Institut für Theoretische Physik der Uni Innsbruck und dem Institut für Quantenoptik und Quanteninformation (IQOQI) der Akademie der Wissenschaften (ÖAW).

Weit komplizierter werde es allerdings, wenn man wissen will, ob viele Teilchen miteinander verschränkt sind. Mit der Anzahl der Mitglieder im Vielteilchensystem steigt nämlich auch die theoretisch notwendige Anzahl an Messungen exponentiell an.

Geringerer Aufwand

Gerade diese Systeme haben aber großes Potenzial: So wäre es etwa möglich, mit einem solchen Teilchenverbund das Verhalten von Materialien zu simulieren, in denen quantenphysikalische Zustände eine Rolle spielen. "Damit dieser 'Quantensimulator' einen Vorteil gegenüber einem klassischen System hat, möchte man, dass er viel Verschränkung hat", so Hauke.

Mit der von nun entwickelten Methode sind die bisher in komplexeren Systemen notwendigen zahlreichen Messungen nicht mehr notwendig. Sie kann auch für die Bestimmung von Verschränkung in makroskopischen Objekten angewendet werden. Dass dies mit relativ geringem mathematischen Aufwand möglich ist, hat Hauke zusammen mit dem Innsbrucker Physiker Peter Zoller und Kollegen aus München und Barcelona an mehreren Beispielen nachgewiesen. So kann die Verschränkung von vielen, in einem optischen Gitter gefangenen Teilchen mittels Laserspektroskopie gemessen oder bei Festkörpern die Messung der Neutronenstreuung eingesetzt werden.

Neben möglichen Anwendungen im Quantencomputer gebe es auch im Bereich der Quantenmetrologie vielversprechende Anwendungsgebiete. Mit einem Messgerät, in dem Photonen quantenphysikalisch verschränkt sind, könnten sich beispielsweise auch die kürzlich erstmals gemessenen Gravitationswellen genauer nachweisen lassen. (APA, 21.3.2016)

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