"Spukhafte Fernwirkung" bei Elektronen

Einem europäischen Forscherteam ist es gelungen, Elektronen voneinander zu trennen, die durch quantenmechanische Effekte miteinander verbunden sind. Trotz der räumlichen Trennung bleibt diese physikalische Verbindung beider Teilchen erhalten ? ein Effekt, den Wissenschaftler als quantenmechanische Verschränkung bezeichnen und der bisher nur an Lichtteilchen und nicht an Materie-Bausteinen beobachtet werden konnte. Die Entdeckung könnte den Bau ultraschneller Computer ermöglichen und zur Entwicklung von Sicherheitssystemen zur Verschlüsselung von Daten beitragen, meldet die Amerikanische Physikalische Gesellschaft in College Park.
"Spukhafte Fernwirkung" nannte Albert Einstein den Effekt, bei dem zwei Lichtteilchen quantenmechanisch so miteinander verschränkt werden, dass eine Veränderung des Zustands des einen Teilchens automatisch immer auch einen Wechsel beim anderen Teilchen bewirkt. Als spukhaft bezeichnen Physiker diese Wirkung bis heute, da es bislang nicht vollständig klar ist, auf welche Weise die Information über die Veränderung des Zustands vom einen zum anderen Teilchen gelangt. Wissenschaftler haben in Experimenten miteinander verschränkte Lichtteilchen bereits mehrere Kilometer voneinander getrennt und konnten dabei sogar die Geschwindigkeit messen, mit der sich diese spukhafte Fernwirkung ausbreitet. Sie kamen dabei auf ein Vielfaches der Lichtgeschwindigkeit.

Die Forscher aus Frankreich, Deutschland und Spanien konnten nun einen solchen Verschränkungseffekt erstmals bei Elektronen und damit bei einem Baustein der Materie erzeugen. Die Wissenschaftler verwendeten dazu einen Supraleiter ? ein Material, in dem sich elektrische Ladungen ganz ohne Widerstand bewegen können. In diesem Supraleiter schließen sich die Elektronen aufgrund quantenmechanischer Mechanismen zu Paaren zusammen. Mit einem ausgeklügelten Versuchsaufbau konnten die Forscher diese sogenannten Cooper-Paare trennen und in verschiedene Richtungen dirigieren. Die quantenmechanische Verschränkung dieser Teilchen blieb trotz des Abstandes von etwa einem tausendstel Millimeter erhalten.

Die Forscher hoffen, ihre Technik so weiterentwickeln zu können, dass sich mit verschränkten Elektronen einmal Computer konstruieren lassen, die mit Hilfe von quantenmechanischen Zuständen Rechenoperationen durchführen können. Auch gibt es die Idee, verschränkte Teilchen bei der verschlüsselten Übertragung von Informationen einzusetzen: Ein Teilchen dient dabei zur Datenübermittlung, während das andere bei Sender verbleibt. Dieser würde dann anhand von Veränderungen am verbleibenden Teilchen sofort bemerken, wenn das zugehörige, verschränkte Teilchen von einem unbefugten Mithörer abgefangen wird.


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