Einsteins „spukhafte Fernwirkung“ im Bild: Physikern ist es erstmals gelungen, das quantenphysikalische Phänomen der Verschränkung im Foto festzuhalten. Ihre Apparatur zeigte nur dann ein Bild der Photonen, wenn sie beide Exemplare der verknüpften „Zwillinge“ registrierte. Diese Technik mache die Verschränkung erstmals direkt sichtbar und eröffne neue Möglichkeiten der Anwendung in der Quantenphysik, berichten die Forscher im Fachmagazin „Science Advances“.
Bei der quantenphysikalischen Verschränkung sind die Zustände von zwei Teilchen so miteinander gekoppelt, dass der Zustandswechsel des einen automatisch den des Partners verursacht. Dies geschieht instantan und unabhängig von der Entfernung. Albert Einstein bezeichnete dieses Phänomen deshalb auch als „spukhafte Fernwirkung“. Die Verschränkung bildet die Basis für die Quantenkommunikation, für Quantencomputer und viele weitere Anwendungen der Quantenphysik.
Bild nur bei Verschränkung
Dieses Phänomen erstmals im Bild einzufangen, ist nun Paul-Antoine Moreau und seinem Team von der University of Glasgow gelungen. Denn bisher ließ sich die Verschränkung nur durch Messung nachweisen: Treten nichtlokale Korrelationen beispielsweise im Zustand von Photonen auf, gilt dies als Verletzung der sogenannten Bellschen Ungleichung und damit als Hinweis auf ihre Verschränkung.
Für ihr Experiment erzeugten die Forscher zunächst einen Strom verschränkter Photonenpaare, die sie mit einem Strahlteiler auf zwei verschiedene Bahnen lenkten. Beide Photonen wurden durch einen Flüssigkristall geleitet, der ihre Phase verändert. Am Ende eines Armes stand eine Spezialkamera, die nur dann ein Bild des eintreffenden Photons erzeugte, wenn ein Detektor am anderen Arm den verschränkten Partner dieses Photons registrierte.
Unscharfe „Mondsicheln“
Die ersten Fotos der „spukhaften Fernwirkung“ ähneln zwei unscharfen, einander gegenüberstehenden Mondsicheln. Sie stellen jedoch die schraubig verdrehten Phasen der verschränkten Photonen dar – und sind die erste Abbildung der für die Quantenverschränkung typischen Verletzung der Bellschen Ungleichung. „Unsere Demonstration belegt, dass man die Signatur dieses Verhaltens in einem einzigen Bild einfangen kann“, sagen die Forscher.
„Abbildungen eines so fundamentalen Quanteneffekts zu erhalten, demonstriert, dass Bilder selbst die Essenz der Quantenwelt einfangen können“, erklärt Moreau. „Das ist ein spannendes Ergebnis, das zu neuen Arten der Bildgebung führen kann und das das Gebiet des Quantencomputing voranbringen könnte.“ (Science Advances, 2019; doi: 10.1126/sciadv.aaw2563)
Quelle: University of Glasgow
