Schottische Wissenschaftler haben das weltweit erste Bild von verschränkten Photonen im Moment der Unsicherheit in ihrem physikalischen Zustand erhalten. Die Forschung wird in Science Advances veröffentlicht.
Quantenverschränkung ist ein Phänomen, bei dem die Quantenzustände mehrerer Teilchen unabhängig von ihrem Abstand miteinander verbunden sind. Dieses Phänomen wird in der Quantenteleportation, Kryptographie und Computertechnologie angewendet. Einstein und seine Kollegen zeigten, dass das Wissen über den Zustand eines Teils eines verschränkten Systems automatisch den Zustand eines anderen Teils bestimmt, wenn die Quantenmechanik die Realität vollständig widerspiegelt. Es stellt sich heraus, dass Informationen in diesem Fall schneller als Lichtgeschwindigkeit übertragen werden, was nach den Gesetzen der klassischen Physik unmöglich ist.
Auch in der Quantenmechanik sind Teilchen Wellen ohne festen Ort im Raum. Erst wenn ein Beobachter auftaucht, muss das System einen bestimmten Quantenzustand annehmen. Verschränkte Teilchen beeinflussen die Wahl des Zustands des anderen, auch wenn mehr als tausend Kilometer zwischen ihnen liegen.
Von der Redaktion
Unser Leser Marat Khamadeev betonte in den Kommentaren zu den sozialen Netzwerken die Notwendigkeit, auf die Bedeutung der Arbeit zu achten. Es ist möglich, die Quantenverschränkung von Teilchen experimentell zu beweisen, indem man die Erfüllung der Bell-Ungleichungen überprüft, die das Vorhandensein versteckter Parameter voraussetzen, die den Zustand eines der Teilchen bestimmen, und die Ergebnisse des Experiments können vorhergesagt werden. Falls sie nicht erfüllt werden, können die Teilchen als verschränkt betrachtet werden. Die Experimente, die die Verletzung der Bellschen Ungleichungen bewiesen, wurden bereits mehr als einmal durchgeführt, wobei hauptsächlich die Übereinstimmung der Polarisationen von Photonen, manchmal aber auch der Spins von Elektronen überprüft wurde. In dieser Arbeit ist es Wissenschaftlern gelungen, ein Gerät zur geisterhaften Visualisierung des Beweises der Verletzung von Ungleichungen in den Bahndrehimpulsen von Photonen von wirbelndem Licht zusammenzustellen.
Paul-Antoine Moreau und Kollegen von der Universität Glasgow trennten Paare verschränkter Photonen, von denen eines durch einen Flüssigkristall geschickt wurde, der die Rolle eines räumlichen Lichtmodulators spielte und die Phase der Photonen änderte, und das andere direkt zum Detektor. Die Kamera nahm die Bilder aller Photonen in dem Moment auf, in dem sie die gleichen Transformationen durchmachten, obwohl sie räumlich getrennt waren. Das heißt, im Moment der Quantenverschränkung.
Schema des Versuchsaufbaus. Die im Kristall in der linken unteren Ecke erzeugten verschränkten Photonen teilen sich in zwei Strahlen auf. Der erste geht durch die Filter, dann zum Detektor. Der zweite Strahl trifft sofort auf den Detektor. Blau markiert die Fourier-Ebene und Gelb markiert die Bildebene.
Ein Bild der Interferenz von Paaren verschränkter Photonen, von denen eines durch vier verschiedene Filter passierte.
Die superempfindliche Kamera war in der Lage, einzelne Photonen einzufangen und Bilder nur in dem Moment aufzunehmen, in dem ein Paar verschränkter Photonen auf die Detektoren traf. Neben vier separaten Bildern von Paaren, die vier verschiedene Filter passierten, erhielten die Autoren der Arbeit ein Foto mit allen vier Phasenwechseln.
Die Ergebnisse des Experiments werden die Entwicklung von Technologien zur Gewinnung von Bildern von Quantenphänomenen vorantreiben, was wiederum die Wissenschaftler dem Verständnis dieser Prozesse und ihrer weiteren Anwendung näher bringt.
Obwohl die Verschränkung bereits in der Quantentechnologie eingesetzt wird, haben Wissenschaftler diesen Effekt zum ersten Mal erfasst. Es war jedoch bereits möglich, quantenverschränkte Teilchen mit bloßem Auge zu sehen, als Physiker ein Schema für ein solches Experiment vorschlugen.
