Quantenverschränkung in der Physik

Quantenverschränkung ist eines der zentralen Prinzipien der Quantenphysik, wird aber auch stark missverstanden. Quantenverschränkung bedeutet, dass mehrere Teilchen so miteinander verbunden sind, dass die Messung des Quantenzustands eines Teilchens die möglichen Quantenzustände der anderen Teilchen bestimmt. Diese Verbindung hängt nicht von der Position der Partikel im Raum ab. Selbst wenn Sie verschlungene Partikel nach Milliarden von Kilometern trennen, führt die Änderung eines Partikels zu einer Änderung des anderen. Obwohl die Quantenverschränkung Informationen augenblicklich zu übertragen scheint, verletzt sie nicht die klassische Lichtgeschwindigkeit, da es keine "Bewegung" durch den Raum gibt.

Das klassische Quantenverschränkungsbeispiel

Das klassische Beispiel für Quantenverschränkung ist das EPR-Paradoxon. In einer vereinfachten Version dieses Falles wird ein Teilchen mit Quantenspin 0 betrachtet, der in zwei neue Teilchen zerfällt, nämlich Teilchen A und Teilchen B. Teilchen A und Teilchen B gehen in entgegengesetzte Richtungen. Das ursprüngliche Teilchen hatte jedoch einen Quantenspin von 0. Jedes der neuen Teilchen hat einen Quantenspin von 1/2, aber da sie sich zu 0 addieren müssen, ist einer +1/2 und einer -1/2.

Diese Beziehung bedeutet, dass die beiden Teilchen miteinander verwickelt sind. Wenn Sie den Spin von Teilchen A messen, hat diese Messung einen Einfluss auf die möglichen Ergebnisse, die Sie erhalten können, wenn Sie den Spin von Teilchen B messen. Dies ist keine interessante theoretische Vorhersage, sondern wurde experimentell durch Tests von Bell's Theorem verifiziert.

Eine wichtige Sache, an die man sich erinnern sollte, ist, dass in der Quantenphysik die ursprüngliche Unsicherheit über den Quantenzustand des Teilchens nicht nur ein Mangel an Wissen ist. Eine grundlegende Eigenschaft der Quantentheorie ist, dass das Teilchen vor dem Messvorgang tatsächlich ist hat nicht ein bestimmter Zustand, aber in einer Überlagerung aller möglichen Zustände. Dies wird am besten durch das klassische quantenphysikalische Gedankenexperiment Schroedinger's Cat modelliert, bei dem ein quantenmechanischer Ansatz zu einer unbeobachteten Katze führt, die gleichzeitig lebendig und tot ist.

Die Wellenfunktion des Universums

Eine Möglichkeit, Dinge zu interpretieren, besteht darin, das gesamte Universum als eine einzige Wellenfunktion zu betrachten. In dieser Darstellung würde diese "Wellenfunktion des Universums" einen Begriff enthalten, der den Quantenzustand jedes einzelnen Teilchens definiert. Es ist dieser Ansatz, der die Tür offen lässt für die Behauptung, dass "alles verbunden ist", was oft manipuliert wird (entweder absichtlich oder durch ehrliche Verwirrung), um Dinge wie die physikalischen Fehler in zu enden Das Geheimnis.

Obwohl diese Interpretation bedeutet, dass der Quantenzustand jedes Teilchens im Universum die Wellenfunktion jedes anderen Teilchens beeinflusst, geschieht dies auf eine Art und Weise, die nur mathematisch ist. Es gibt wirklich keine Art von Experiment, die jemals - sogar im Prinzip - die Wirkung an einem Ort entdecken könnte, der an einem anderen Ort auftaucht.

Praktische Anwendungen der Quantenverschränkung

Obwohl Quantenverschränkung wie bizarre Science-Fiction erscheint, gibt es bereits praktische Anwendungen des Konzepts. Es wird für die Weltraumkommunikation und Kryptographie verwendet. Der NASA Lunar Atmosphere Dust & Environment Explorer (LADEE) demonstrierte beispielsweise, wie Quantenverschränkung verwendet werden kann, um Informationen zwischen dem Raumfahrzeug und einem bodengestützten Empfänger hoch- und herunterzuladen.

Herausgegeben von Anne Marie Helmenstine, Ph.D..