Quantenverschränkung in der Physik

Quantenverschränkung ist eines der zentralen Prinzipien von Quantenphysik, obwohl es auch sehr missverstanden wird. Kurz gesagt bedeutet Quantenverschränkung, dass mehrere Teilchen so miteinander verbunden sind, dass die Die Messung des Quantenzustands eines Teilchens bestimmt die möglichen Quantenzustände des anderen Partikel. Diese Verbindung hängt nicht von der Position der Partikel im Raum ab. Selbst wenn Sie verschränkte Partikel durch Milliarden von Meilen trennen, führt das Ändern 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 Beispiel für Quantenverschränkung heißt EPR-Paradoxon. Betrachten Sie in einer vereinfachten Version dieses Falls ein Teilchen mit Quantenspin 0, das in zwei neue Teilchen zerfällt, Teilchen A und Teilchen B. Partikel A und Partikel 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 eines +1/2 und eines -1/2.

Diese Beziehung bedeutet, dass die beiden Teilchen verwickelt sind. Wenn Sie den Spin von Partikel A messen, wirkt sich diese Messung auf die möglichen Ergebnisse aus, die Sie beim Messen des Spins von Partikel B erzielen können. Und dies ist nicht nur eine interessante theoretische Vorhersage, sondern wurde experimentell durch Tests von verifiziert Bell's Theorem.

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 wirklich hat nicht ein bestimmter Zustand, befindet sich aber in einer Überlagerung aller möglichen Zustände. Dies lässt sich am besten mit dem klassischen Quantenphysik-Gedankenexperiment modellieren. Schrödingers Katze, wo ein quantenmechanischer Ansatz zu einer unbeobachteten Katze führt, die gleichzeitig lebt und tot ist.

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 für Behauptungen offen lässt, dass "alles verbunden ist", was oft manipuliert wird (entweder absichtlich oder durch ehrliche Verwirrung), um mit Dingen wie dem zu enden Physikfehler in Das Geheimnis.

Diese Interpretation bedeutet zwar, dass der Quantenzustand jedes Teilchens im Universum die Wellenfunktion jedes anderen Teilchens beeinflusst, dies jedoch nur auf mathematische Weise. Es gibt wirklich keine Art von Experiment, das jemals - auch im Prinzip - den Effekt an einem Ort entdecken könnte, der an einem anderen Ort auftaucht.

Obwohl Quantenverschränkung wie bizarre Science-Fiction erscheint, gibt es bereits praktische Anwendungen des Konzepts. Es wird für die Weltraumkommunikation und Kryptographie verwendet. Zum Beispiel demonstrierte der NASA Langar Atmosphere Dust and Environment Explorer (LADEE), wie Quanten Verschränkung könnte verwendet werden, um Informationen zwischen dem Raumschiff und einem bodengestützten hochzuladen und herunterzuladen Empfänger.

Bearbeitet von Anne Marie Helmenstine, Ph. D.