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Quantenverschränkung von Photonen in Echtzeit aufgenommen

Mit einer neuen, auf fortschrittlichster Kameratechnologie basierenden Methode bietet sich ein ebenso schneller wie effizienter Ansatz zur Rekonstruktion des vollständigen Quantenzustands miteinander verschränkter Teilchen. Forscher an der Universität Ottawa haben vor Kurzem zusammen mit Danilo Zia und Fabio Sciarrino von der römischen Universität La Sapienza eine neue Methode vorgeführt, mit der sich die Wellenfunktion zweier verschränkter Photonen – der Elementarteilchen, aus denen Licht besteht – in Echtzeit visualisieren lässt.

Der Begriff der Verschränkung lässt sich durch den Vergleich mit einem Paar Schuhe gut erläutern: Man stelle sich vor, dass man einen der Schuhe zufällig auswählt. In dem Augenblick, wenn man ihn als den linken oder rechten Schuh identifiziert, ist sofort klar, welcher der andere Schuh ist, ganz gleichgültig, wo im Universum er sich gerade befindet. Der faszinierende Faktor ist jedoch die mit dem Identifikationsprozess einhergehende Unsicherheit, die genau bis zum Augenblick der Beobachtung bestehen bleibt.

Die Wellenfunktion, ein zentraler Grundsatz in der Quantenmechanik, ermöglicht ein umfassendes Verständnis des Quantenzustands eines Teilchens. Um zum Schuhbeispiel zurückzukehren: Die „Wellenfunktion“ des Schuhs könnte Informationen wie linker oder rechter Schuh, Schuhgröße, Farbe usw. beinhalten.

Prognosepotenzial der Wellenfunktion

Genauer ausgedrückt: Die Wellenfunktion ermöglicht es Quantenforschern, die wahrscheinlichen Ergebnisse diverser Messungen für eine Quantengröße wie Position, Geschwindigkeit etc. zu prognostizieren. Dieses Prognosepotenzial ist von unschätzbarem Wert, vor allem im schnell voranschreitenden Forschungsfeld der Quantentechnologie, wo die Kenntnis eines Quantenzustands, der in einem Quantencomputer erzeugt oder in ihn eingegeben wird, einen Test des Computers selbst ermöglicht. Dazu kommt, dass die beim Quantencomputing verwendeten Quantenzustände hochkomplex sind und viele Instanzen umfassen, die starke nichtlokale Korrelationen (Verschränkung) aufweisen können.

Den vollständigen Artikel können Sie in NEXUS 117 lesen.

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