Kein Schlupfloch: Quanten können mehr als klassische Physik erlaubt

15. April 2013, 11:41
posten

Durch engmaschige Überwachung von Photonen können die Physiker andere Erklärungen als die Quantengesetze ausschließen

Die Quantenwelt steht mit ihren eigentümlich anmutenden Eigenschaften immer wieder im Widerspruch zur Alltagserfahrung. Deshalb werden quantenphysikalische Experimente oft mit dem Argument angezweifelt, ob denn nicht die beobachteten Teilchen eine Schwäche des Experiments ausgenutzt haben und ihr Verhalten mit Regeln der klassischen Physik erklärbar wäre. Ein Team um den Wiener Experimentalphysiker Anton Zeilinger hat nun in einem Experiment mit Lichtteilchen ein wichtiges Schlupfloch geschlossen und damit den nach eigenen Angaben "bisher vollständigsten experimentellen Nachweis erbracht, dass Quantenteilchen mehr können als die klassische Physik ihnen erlaubt". Die Arbeit wurde in der Fachzeitschrift "Nature" veröffentlicht.

"Spukhafte Fernwirkung"

Üblicherweise geht man davon aus, dass die Eigenschaften eines Gegenstands schon vor seiner Beobachtung eindeutig feststehen und diese Eigenschaften völlig unabhängig vom Zustand anderer, weit entfernter Objekte sind. In der Quantenwelt ist das nicht so selbstverständlich – etwa beim Phänomen der sogenannten Verschränkung, das der österreichische Physiker Erwin Schrödinger als die charakteristische Eigenschaft der Quantenmechanik schlechthin und Albert Einstein als "spukhafte Fernwirkung" bezeichnet hat.

Zwei verschränkte Teilchen, etwa zwei Photonen, bleiben über beliebige Distanzen wie von Zauberhand miteinander verbunden. Was immer man mit einem Teilchen tut, beeinflusst sofort auch den Zustand des anderen Teilchens. 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.

Zeilinger und seinem Team unter Erstautorin Marissa Giustina von der Universität Wien und dem Institut für Quantenoptik und Quanteninformation (IQOQI) der Akademie der Wissenschaften (ÖAW) ist gemeinsam mit deutschen und US-Kollegen ein wichtiger Schritt gelungen, um einen endgültigen experimentellen Beweis zu erbringen, dass Quantenteilchen tatsächlich mehr können als die klassische Physik ihnen erlaubt. Sie konnten in einem Experiment verschränkte Photonen mit einer bisher nicht dagewesenen Effizienz detektieren, "die erzeugten Photonen können sich nicht mehr davor drücken, gemessen zu werden", so Zeilinger in einer Aussendung der Uni.

Quantenkryptographie

Durch die engmaschige Überwachung der Photonen konnten die Physiker ein wesentliches "Schlupfloch" schließen. Bei bisherigen Experimenten dieser Art blieb stets die Möglichkeit offen, dass die Gesetze der klassischen Physik gar nicht verletzt worden wären, wenn alle im Experiment involvierten Teilchen hätten gemessen werden können. Diese Möglichkeit haben die Wissenschafter nun ausgeschlossen.

Photonen sind damit die ersten Quantenteilchen, für die – zwar nicht in einem einzigen, aber in mehreren separaten Experimenten – jede mögliche Hintertür geschlossen wurde. Die Krönung wäre für die Physiker ein einziges Experiment, in welchem den Photonen durch Mittel der klassischen Physik sämtliche mögliche Wege versperrt werden würde. An der Realisierung eines solchen Versuchs arbeiten laut Zeilinger weltweit einige Gruppen, nicht nur mit Photonen, sondern auch mit Atomen, Elektronen und anderen Quantensystemen.

Ein solches Experiment wäre auch für eine praktische Anwendung von grundlegender Bedeutung: Die sogenannte Quantenkryptographie gilt als absolut abhörsicher. Allerdings wäre ein Lauschangriff möglich, solange "Schlupflöcher" bestehen. Nur wenn diese geschlossen sind, wäre der Austausch von Nachrichten vollkommen sicher. APA, 15.4. 2013)

Share if you care.