Die Verschränkung von zwei Lichtteilchen ist mit Standardverfahren gut identifizierbar. Doch es gibt viele Verschränkungszustände, die sich mit herkömmlichen Methoden gar nicht nachweisen lassen.
Wien – Die Quantenverschränkung ist ein grundlegendes Konzept der Quantenmechanik. Praktisch kann das Phänomen bei Technologien wie dem Quantencomputer oder der Quantenkryptografie eingesetzt werden. Doch viele Verschränkungszustände lassen sich mit herkömmlichen Methoden gar nicht nachweisen, wie nun österreichische Physiker im Fachjournal "Physical Review Letters" berichten. Das hat weitreichende Konsequenzen für quantenphysikalische Experimente.
"Zauberhafte" Fernwirkung
Erwin Schrödinger bezeichnete die Verschränkung als "Essenz der Quantenphysik", Albert Einstein tat sie als "spukhafte Fernwirkung" ab. Tatsächlich ist das Phänomen mit dem Erfahrungshorizont des Alltags kaum nachvollziehbar. Denn zwei verschränkte Teilchen – etwa Photonen – bleiben wie von Zauberhand miteinander verbunden und teilen ihre physikalischen Eigenschaften. Die Messung an einem legt unmittelbar den Zustand des anderen fest, auch wenn sie beliebig weit voneinander entfernt sind.
Irgendwie hatte Einstein aber doch recht, denn Verschränkungen geben sich oft spukhaft und ihr Nachweis ist nicht immer einfach. "In vielen Experimenten wird der maximal verschränkte Zustand genutzt. Bei zwei Photonen kann das zum Beispiel ein spezieller Überlagerungszustand ihrer Polarisationen sein.
Schwer nachweisbar
Diese Verschränkungszustände können wir bestätigen, dafür gibt es Standardmethoden", erklärte Mirjam Weilenmann vom Wiener Institut für Quantenoptik und Quanteninformation (IQOQI) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW). Viele Quantenzustände entziehen sich aber einem Nachweis mithilfe der Standardkonstruktion.
Das hat Konsequenzen für quantenphysikalische Experimente: "Für Kryptografie ist es momentan wohl besser bei den verschränkten Zuständen zu bleiben, die sich bewähren und die wir gut nachweisen können", so die Physikerin. In natürlichen Systemen würden aber auch viele andere Zustände vorkommen, auch hier sei der Nachweis von Verschränkungen interessant. International arbeiten laut Weilenmann mehrere Gruppen an der Entwicklung von Möglichkeiten, die Verschränkung und ihre Eigenschaften in immer allgemeineren Klassen von Quantenzuständen effizient nachweisbar zu machen. (red, APA, 1.6.2020)