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Künstlerischer Eindruck des Nachweises von Verschränkungen © Rolando Barry/Universität Wien
Künstlerischer Eindruck des Nachweises von Verschränkungen © Rolando Barry/Universität Wien

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Wiener Forscher stellen Quantenverschränkung mit wenigen Fragen fest

25.06.2019

Der Quantencomputer verspricht einige rechnerische Aufgaben besser zu erledigen, als es herkömmliche Computer können. Eine Grundvoraussetzung dafür sind quantenphysikalisch miteinander verschränkte Teilchen. Wiener Physiker konnten ihnen nun mittels weniger Fragen entlocken, ob sie sich tatsächlich in dem seltsamen Zustand befinden, wie sie im Fachblatt "Nature Physics" berichten.

Das quantenphysikalische Phänomen der Verschränkung besagt, dass zwei Teilchen - etwa Photonen - wie durch Geisterhand miteinander verbunden bleiben. Die Messung an einem legt unmittelbar den Zustand des anderen fest, auch wenn sie beliebig weit voneinander entfernt sind. Misst man an einem dieser Teilchen beispielsweise die Richtung der Lichtschwingung (Polarisation), zeigt sich, dass das Partnerteilchen auch in der selben Richtung schwingt.

Der Effekt wird in Quantencomputern zur Informationsverarbeitung genutzt. Vor allem in größeren Quantensystemen mit vielen verschränkten Teilchen, die für leistungsstarke Quantenrechner vonnöten sind, sei es nicht einfach, festzustellen, ob und welche Teilchen miteinander auf diese besondere Weise in Verbindung stehen, heißt es in einer Aussendung der Universität Wien. Je mehr Teilchen das System umfasst, desto größer wird der Messaufwand.

System aus sechs verbundenen Photonen erstellt

Das Wissenschafterteam unter der Leitung von Philip Walther vom Vienna Center for Quantum Science and Technology (VCQ) an der Uni Wien und Borivoje Dakic von der Universität Belgrad hat nun auf Basis eines vor Kurzem entwickelten theoretischen Konzepts einen neuen Ansatz zum Nachweis der Verschränkung verfolgt. Im Rahmen ihres Experiments, an dem auch Forscher der Akademie der Wissenschaften (ÖAW) beteiligt waren, erstellten sie ein System aus sechs verbundenen Photonen. Danach wurden diese sozusagen gezielt über ihren Zustand befragt.

"Es ist irgendwie so, als würde man dem Quantensystem bestimmte Ja-Nein-Fragen stellen und die erhaltenen Antworten aufschreiben. Je mehr positive Antworten gegeben werden, desto höher ist die Wahrscheinlichkeit, dass das System Verschränkungen aufweist", so die Erstautorin der Studie, Valeria Saggio. Die Messungen hätten ergeben, dass mit diesem Ansatz Verschränkung mit einer Wahrscheinlichkeit von annähernd 100 Prozent nachgewiesen werden könne, obwohl dazu nur wenige Fragen und Antworten nötig sind. Selbst wenn das System aus mehr Teilnehmern besteht, brauche es zur Verschränkungsdiagnose nicht unbedingt zusätzliche Fragen, was die neue Methode im Vergleich zu herkömmlichen Herangehensweisen sehr attraktiv mache.

Service: https://dx.doi.org/10.1038/S41567-019-0550-4

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