Es wurde eine unerwartete Verbindung zwischen zwei wichtigen Prinzipien der Quantenmechanik entdeckt - Unsicherheit und Verschränkung.
Die gemeinsame Arbeit von Stephanie Wehner und Jonathan Oppenheim wurde von einigen Experten bereits als großer Durchbruch für unser Verständnis der Gesetze und Grundlagen der Quantenmechanik bezeichnet – ein Gebiet der Physik, das nicht in den Rahmen der Alltagslogik passt uns so vertraut, dass viele seiner Prinzipien zunächst völlig absurd erscheinen. Es ist bekannt, dass sogar Einstein die Postulate der Quantenmechanik als etwas Wahnsinniges erschienen – aber unzählige Experimente, die in fast einem Jahrhundert mit erstaunlicher Genauigkeit und Konsequenz durchgeführt wurden, haben den ganzen „Wahnsinn“dieser Wissenschaft immer wieder bestätigt und bestätigt. Eine beliebte Einführung (mit Comics!) findet sich in unserem Quantum Sutra-Artikel.
Einer der berühmtesten „Wahnsinne“ist natürlich das Unsicherheitsprinzip, das Einstein besonders ärgerte. Er postuliert die grundsätzliche Unmöglichkeit, ein Paar verwandter Quanteneigenschaften gleichzeitig und genau zu bestimmen – zum Beispiel die Koordinaten und den Impuls eines Teilchens, die Zeit und Energie der Wechselwirkung. Je genauer wir einen von ihnen messen, desto ungenauer wird der andere.
Eine weitere seltsame Regelmäßigkeit in der Quantenmechanik ist das Phänomen der Verschränkung (manchmal Verschränkung genannt) von Teilchen, bei der ihre Zustände miteinander verbunden sind und sich gleichzeitig ändern, selbst wenn sie räumlich getrennt sind. Als ob diese Teilchen irgendwie Informationen austauschen würden, und zwar schneller als mit Lichtgeschwindigkeit (beachten Sie, dass tatsächlich kein Informationsaustausch stattfindet). Damit werden quantenmechanische Prozesse nichtlokal. Wie der Akademiker der Russischen Akademie der Naturwissenschaften, Petrik, sagt, "ist es unmöglich, das zu verstehen." All dies wurde jedoch in strengsten Experimenten immer wieder gezeigt und bewiesen.
Nun, die jüngsten Arbeiten von Stephanie Wehner und Jonathan Oppenheim haben gezeigt, dass alles noch seltsamer ist, als es schien: Diese beiden Prinzipien sind miteinander verbunden und stellen daher möglicherweise Manifestationen eines ganzheitlichen Phänomens dar. Dieser Zusammenhang kann quantitativ dargestellt werden, was zur Berechnung der aus der Unschärferelation bestimmten „Menge“der Nichtlokalität führt. So eine unerwartete und sogar ironische Wendung.
Es ist ironisch, wenn auch nur die Tatsache, dass die Entdeckung der Nichtlokalität der Quantenmechanik von Einstein und seinen Kollegen als Ergebnis ihrer Versuche gemacht wurde, das Unbestimmtheitsprinzip zu „unterminieren“(sprich: „Leidenschaft auf Distanz “). „Nightmare long-range action“, wie Einstein selbst die Nichtlokalität charakterisierte, stellte sich als selbst auf Unsicherheit basierend heraus. Darüber hinaus ist es das Unsicherheitsprinzip, das der Verschränkung natürliche Beschränkungen auferlegt und verhindert, dass sich Nichtlokalität in großem Umfang manifestiert. Die Quantenmechanik geht über die Grenzen der uns vertrauten Welt hinaus – sie hat aber auch ihre eigenen Grenzen. Die Verschränkung zweier Teilchen wird durch das Unschärfeprinzip begrenzt.
Um den Zusammenhang zwischen den beiden Prinzipien zu erklären, haben Vener und Oppenheim zwei beliebte Figuren aus Gedankenexperimenten auf dem Gebiet der Kybernetik und Quantenmechanik herangezogen – Alice und Bob (sie sind unseren Stammlesern aus dem Artikel „Quantum Teleportation ). Stellen Sie sich vor, Alice und Bob spielen ein „Quantenspiel“. Alice hat zwei Kisten und zwei Würfel vor sich. Sie verteilt die Würfel in beliebiger Weise zufällig auf die Kisten. Es ist leicht zu berechnen, dass Alice dies auf eine von vier Arten tut: Sie legt einen Würfel in beide Kästchen, oder beide in das linke Kästchen, oder beide in das rechte Kästchen, oder keinen Würfel in eines der Kästchen. Alices Partner Bob muss erraten, ob mindestens eine der Schachteln einen Würfel enthält, und dann gewinnen sie.
Dies ist im Wesentlichen das Äquivalent zum Codieren, Senden, Empfangen und Decodieren von zwei Informationsbits - 00 (kein Würfel), 01 (Würfel im rechten Kästchen), 10 (im linken) oder 11 (in beiden Kästchen). Wenn Alice eine Nachricht an Bob senden kann, wird er natürlich immer richtig antworten. Aber in diesem Spiel sind sie so weit voneinander entfernt, dass sogar Licht Bob von Alice erreichen wird, nachdem das Spiel vorbei ist. Wenn wir von der gewöhnlichen Logik ausgehen, kommen wir zu dem Schluss, dass Bob eine Wahrscheinlichkeit von 75 % hat, die richtige Antwort zu geben.
Aber wenn Alice und Bob jeweils eines von zwei quantenverknüpften Teilchen haben, steigen ihre Chancen. Zum Beispiel werden sie vereinbaren, dass Alice ihr Teilchen misst, wenn eine der Boxen einen Würfel enthält. Laut seinem Partikel weiß Bob sofort von der Messung – und kann die Gewinnwahrscheinlichkeit erhöhen. Erhöhen - aber nicht auf 100% bringen. Die Berechnung zeigt, dass die Gewinnwahrscheinlichkeit in diesem Fall nur 85% beträgt, und die Einschränkung – wie Vener und Oppenheim gezeigt haben – gerade durch das Unsicherheitsprinzip auferlegt wird. Aus diesem Grund sind alle Messungen in der Quantenmechanik grundsätzlich probabilistischer Natur, und es wird niemals möglich sein, eine bestimmte Nachricht durch gekoppelte Teilchen von Bob von Alice zu erh alten.
NUS-Pressemitteilung / CQT
