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Dienstag, den 04. Oktober 2022 um 14:19 Uhr

Physik-Nobelpreis für drei Quantenforscher

Viele Effekte der Quantenmechanik finden allmählich Anwendung in der Praxis. Inzwischen gibt es ein großes Forschungsgebiet, das Quantencomputer, Quantennetze und sichere verschlüsselte Quantenkommunikation umfasst.

Ein Schlüssel für diese Entwicklung ist die Tatsache, dass die Quantenmechanik es ermöglicht, dass zwei oder mehr Teilchen in einem verschränkten Zustand existieren. Was mit einem der Teilchen in einem verschränkten Paar geschieht, bestimmt, was mit dem anderen Teilchen geschieht, selbst wenn sie weit voneinander entfernt sind.

Lange Zeit stellte sich die Frage, ob die Korrelation darauf zurückzuführen ist, dass die Teilchen in einem verschränkten Paar versteckte Variablen enthalten, d. h. Anweisungen, die ihnen sagen, welches Ergebnis sie in einem Experiment liefern sollen. In den 1960er Jahren entwickelte John Stewart Bell die nach ihm benannte mathematische Ungleichung. Diese besagt, dass bei Vorhandensein verborgener Variablen die Korrelation zwischen den Ergebnissen einer großen Anzahl von Messungen niemals einen bestimmten Wert überschreiten wird. Die Quantenmechanik sagt jedoch voraus, dass eine bestimmte Art von Experimenten gegen die Bellsche Ungleichung verstößt, was zu einer stärkeren Korrelation führt, als es sonst möglich wäre.

John Clauser entwickelte die Ideen von John Bell weiter, was zu einem Experiment führte. Als er die Messungen durchführte, stützten sie die Quantenmechanik, indem sie eindeutig gegen eine Bellsche Ungleichung verstießen. Dies bedeutet, dass die Quantenmechanik nicht durch eine Theorie ersetzt werden kann, die versteckte Variablen benutzt.

Nach dem Experiment von John Clauser blieben einige Unklarheiten. Alain Aspect entwickelte das Experiment weiter und schloss eine der Lücken. Er änderte die  Messeinstellungen, nachdem ein verschränktes Paar seine Quelle verlassen hatte, so dass die Einstellung, die zum Zeitpunkt der Emission bestand, das Ergebnis nicht beeinflussen konnte.

Mit verfeinerten Werkzeugen und langen Versuchsreihen begann Anton Zeilinger, verschränkte Quantenzustände zu nutzen. Seine Forschungsgruppe hat unter anderem ein Phänomen namens Quantenteleportation nachgewiesen, das es ermöglicht, einen Quantenzustand von einem Teilchen auf ein anderes zu übertragen, auch über größere Strecken hinweg.

"Es wird immer deutlicher, dass eine neue Art von Quantentechnologie im Entstehen begriffen ist. Wir können sehen, dass die Arbeit der Preisträger mit verschränkten Zuständen von großer Bedeutung ist, auch über die grundlegenden Fragen zur Interpretation der Quantenmechanik hinaus", sagt Anders Irbäck, Vorsitzender des Nobelkomitees für Physik.


Den Artikel finden Sie unter:

https://www.nobelprize.org/prizes/physics/2022/press-release/

Quelle: The Nobel Foundation (10/2022)

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