Verlässliche Methode zum Nachweis von Quanten-Verschränkung entwickelt

11. August 2013, 16:03
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Innsbrucker Physiker veröffentlichten neues Messverfahren, das von einem Minimum an Annahme ausgeht

Für Quantenphysiker gehört die Verschränkung mittlerweile zum Alltags-Handwerkszeug. Gleich ob im Quantencomputer, bei der Quantenkommunikation oder der Quantenkryptografie - das Phänomen bildet für viele zukünftige Quantentechnologien eine wesentliche Grundlage. Doch der eindeutige Nachweis, wann zwei Teilchen bzw. Quantensysteme tatsächlich über diese "spukhafte Fernwirkung", wie Albert Einstein das Phänomen genannt hat, verbunden sind, ist nicht so einfach. Innsbrucker Physiker berichten nun in der Fachzeitschrift "Nature Physics" über eine neue, verlässliche Methode zum Nachweis von Verschränkung.

Das quantenphysikalische Phänomen der Verschränkung zweier oder mehrere Objekte ist eines der grundlegendsten Phänomene der Quantenphysik. Zwei verschränkte Teilchen, etwa zwei Photonen oder Ionen, 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.

Verschränkungs-Weltrekord

In den vergangenen Jahrzehnten wurde auch in zahlreichen Experimenten eindeutig gezeigt, dass diese Verschränkung tatsächlich existiert. So haben die Physiker um Rainer Blatt vom Institut für Experimentalphysik der Universität Innsbruck und dem Institut für Quantenoptik und Quanteninformation (IQOQI) der Akademie der Wissenschaften (ÖAW) vor zwei Jahren erstmals 14 Ionen kontrolliert miteinander verschränkt - was bis heute einen Weltrekord für die größte je im Labor verschränkte Anzahl von Teilchen darstellt.

Für den Nachweis von Verschränkung waren die Wissenschafter bisher allerdings auf einige Annahmen angewiesen, zum Beispiel über die Anzahl der Dimensionen im System. Thomas Monz aus der Arbeitsgruppe Blatts bringt ein weiteres Beispiel mit Würfeln: "Das ist so, wie wenn man Aussagen trifft, die darauf basieren, wie oft eine Eins, eine Zwei, eine Drei etc. gewürfelt wird - man dabei aber nur von der Annahme ausgeht, dass der Würfel sechsseitig ist. Aber wenn er mehr Seiten hat und einem ist das bisher nicht aufgefallen, dann könnten die ursprünglichen Aussagen falsch sein."

"Annahmen machen Ergebnisse daher angreifbar, sie sind die Achillesferse vieler Verfahren", betonte Monz. Schließlich könnten sie falsch sein und damit auch die Interpretation des Messergebnisses - was in letzter Konsequenz bedeutet, dass zwei oder mehrere Teilchen vielleicht doch nicht verschränkt waren.

Messmethode mit einem Minimum an Annahmen

Der Physiker um Rainer Blatt in Innsbruck und Nicolas Gisin in Genf (Schweiz) haben nun ein neues Messverfahren für den Nachweis der Verschränkung mehrerer Quantenobjekte entwickelt und getestet. Diese Methode ist vom Messsystem selbst weitgehend unabhängig, geht von einem Minimum an Annahme aus und arbeitet den Wissenschaftern zufolge extrem zuverlässig. So würden viele Fehlerquellen und damit Fehlinterpretationen von Ergebnissen ausgeschlossen und das Vertrauen in die Ergebnisse der Experimentalphysiker gestärkt.

Bisher konnten die Physiker mit dieser Methode die Verschränkung von sechs Ionen nachweisen. Das neue Verfahren könne auch in größeren Systemen eingesetzt werden, der technische Aufwand steige mit der Zahl der Teilchen allerdings deutlich an, sagen die Forscher. (APA/red, derstandard.at, 11.08.2013)

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