Die Quantenverschränkung – die Verbindung der Quantenzustände mehrerer Teilchen, unabhängig von deren Entfernung – ist eine der kontraintuitivesten Eigenschaften der Quantenphysik, da sie einigen Prinzipien der klassischen Physik widerspricht. Physiker aus Großbritannien haben in ihrer neuen Arbeit mathematisch bewiesen, dass die Verschränkung tatsächlich eine notwendige Voraussetzung dafür ist, dass jede physikalische Theorie einen klassischen Grenzwert hat. Die Arbeit wurde in Physical Review Letters veröffentlicht.
Befinden sich zwei Quantenteilchen in einem Verschränkungszustand, dann sind ihre Quantenzustände voneinander abhängig, und diese Verbindung erstreckt sich über Distanzen, die die Länge aller bekannten Wechselwirkungen überschreiten. Wenn sich der Quantenzustand eines der beiden quantenverschränkten Teilchen ändert, ändert sich automatisch der Zustand des anderen. Dieser Effekt verstößt gegen das Lokalitätsprinzip und lässt sich im Rahmen des Kausalschemas der klassischen Physik nicht erklären. Dies wurde am deutlichsten mit dem Theorem von Bell gezeigt.
Britische Physiker zeigen in ihrem neuen Artikel, dass die Verschränkung keine besondere Eigenschaft eines bestimmten Quantensystems ist, sondern integraler Bestandteil aller möglichen physikalischen Theorien, die einen klassischen Grenzwert haben. Das Vorhandensein einer klassischen Grenze in jeder modernen Theorie erlegt ihr einige Einschränkungen auf. Einerseits ist die klassische Theorie notwendig, um die Struktur und Grundpostulate des Nichtklassischen zu bestimmen, andererseits ist sie unter Umständen ein Grenzfall dafür.
Basierend auf den Prinzipien der generalisierten probabilistischen Theorie betrachteten Wissenschaftler alle bekannten Theorien, die bekannte experimentelle Daten korrekt beschreiben und einen klassischen Grenzwert haben. Für diese Theorien erstellten sie Dekohärenzkarten und betrachteten Quantensysteme in semiklassischen Zuständen – solche Zustände, wenn aufgrund des Einflusses äußerer Bedingungen ein Zusammenbruch der Quantenkohärenz auftritt und das System beginnt, sich wie ein klassisches, nicht wie ein Quantensystem zu verhalten.
Der Beweis erfolgte nach der Methode "durch Widerspruch", wodurch gezeigt wurde, dass wenn eine nichtklassische Theorie mit dem klassischen Grenzwert nicht die Eigenschaft der Zustandsverschränkung besitzt, sie selbst eine klassische Theorie ist. Mit anderen Worten, wenn eine nichtklassische Theorie einen nichttrivialen Dekohärenzmechanismus hat, dann muss in einer solchen Theorie zwangsläufig eine Verschränkung vorliegen.
Wissenschaftler vermuten, dass die Existenz anderer Eigenschaften von Quantensystemen, die jetzt kontraintuitiv erscheinen, wahrscheinlich durch die Notwendigkeit eines klassischen Grenzwerts gerechtfertigt werden kann. Insbesondere wollen Physiker in ihren kommenden Arbeiten untersuchen, ob es möglich ist, auf ähnliche Weise die obligatorische Existenz der Bellschen Nichtlokalität nachzuweisen.
Die Quantenverschränkung ist trotz aller Inkonsistenz aus Sicht der klassischen Physik auch mit bloßem Auge erkennbar und für Quantensysteme eine sehr nützliche Eigenschaft und kann beispielsweise zur Quantenteleportation oder zum Schutz von Quantendaten.
