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Quantenverschränkung: „Spukhafte Fernwirkung“ erstmals auch anhand fast sichtbarer Objekte:


Zwei Miniatur-Trommelfelle gehören zu den größten Objekten, die jetzt erfolgreich miteinander quantenverschränkt werden konnten (Illu.).
Copyright: Aalto University/Petja Hyttinen & Olli Hanhirova, ARKH Architects
Delft/Helsinki (Niederlande/Finnland) – Weil sie das die Relativitätstheorie verletzen würde, bezeichnete Albert Einstein die sogenannte Quantenverschränkung – den Zustand also, wenn zwei Elementarteilchen selbst über unvorstellbar weite Entfernungen jeweils und unmittelbar den Zustand des mit ihnen verschränkten anderen Teilchens annehmen – einst als „spukhafte Fernwirkung“. Was von Einstein abgelehnt wurde, kann dennoch experimentell nachgewiesen und für die Teleportation von Information genutzt werden. Während Wissenschaftler diese Verschränkung bislang allerdings nur anhand kleinster Objekte wie Atome und Elektronen beobachtet haben, gelang es nun gleich zwei Forschergruppen nun erstmals zwei Objekte miteinander zu verschränken, die fast schon so groß sind, dass man sie mit bloßem Auge sehen kann. Beide Wissenschaftlerteams der Universitäten von Delft und Aalto berichten über Ihre Ergebnisse aktuell im Fachjournal „Nature“.

Das Team um Simon Gröblacher von der Technischen Universiteit Delft (DOI: 10.1038/s41586-018-0036-z) gravierte Strahlen von knapp 10 Mikrometern (0,001 Zentimeter) Länge – also in etwa der Größe eines Bakteriums – in einen Siliziumchip und verbanden beide Strahlen mit einem optischen Faserkabel. Beide Strahlen waren in der Lage zu wie eine angezupfte Gitarrenseite zu oszillieren, zu schwingen. Mittels kontrollierten Laserimpulsen brachten die Forscher dann einen der Strahlen dazu, stärker zu vibrieren als der andere. In einer Messung war es dann aber nicht mehr möglich festzustellen, welcher der beiden Strahlen das Mehr an Energie erhalten hatte. Beide Strahlen vibrierten auf völlig gleich starke Weise – waren also im klassischen Sinn Quantenverschränkt. Der beobachtete Zustand hielt jedoch nur für einen Sekundenbruchteil an.

Die Forscher um den Physiker Mika Sillanpää von der finnischen Aalto University (DOI: 10.1038/s41586-018-0038-x) erzeugten in ihrem Experimenten zunächst zwei Aluminium-Trommelfelle von der Breite eines menschlichen Haares auf einem Siliziumchip und brachten diese dann durch Mikrowellen zu einer gemeinsamen Bewegung: Während das eine Trommelfell also auf- und abschwang, vollführte das andere die genau entgegengesetzte Bewegung. Ebenfalls mittels Mikrowellen untersuchten die Forscher dann die Bewegungen und stellten fest, dass beide Trommelfelle in einem gemeinsamen Quantenzustand waren. In diesem Fall konnte die Verschränkung sogar – abhängig von den Mikrowellen – uneingeschränkt aufrechterhalten werden.

Laut den Wissenschaftlern haben ihre Versuchsanordnungen aber auch konkrete potentielle Anwendungsmöglichkeiten: Während Gröblachers Strahlen derart konzipiert werden könnten, dass sie zu heute schon existierenden Telekommunikationssystemen passen und so im Falle dass der Zustand dauerhaft aufrechterhalten werden könnte, für die sichere Übertragung von Daten genutzt werden könnte, könnten die quantenverschränkten Trommelfelle als extrem leistungsstrake Präzisionsmessinstrumente dienen, da sie auch extrem schwache Signale wie etwa die von Gravitationswellen auffangen könnten. In größerem Maßstab könnten sie zudem zur Überprüfung von Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie auf Quantenebene Anwendung finden und so die klassische mit der Quanatenphysik verbinden.

Grundsätzlich stellt sich angesichts der beiden Forschungserfolge nun auch die Frage, wie weit der Maßstab für quantenverschränkte Objekte noch erhöht werden kann?