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Einsteins "Spukhafte Fernwirkung" ist stabiler als bisher gedacht

Die von Albert Einstein 1935 theoretisch vorhergesagte Verschränkung ? von ihm „Spukhafte Fernwirkung“ genannt ? ist eine der bizarrsten Eigenschaften der Quantenmechanik, die in unserer Alltagswelt keine Parallele hat: Zwei miteinander verschränkte Teilchen verhalten sich wie telepathisch begabte Zwillinge. Ändert sich der Zustand eines der beiden Teilchen, dann spürt das andere dies sofort und ändert seinen Zustand auch. J.P. Woerdman von der Universität Leiden und seinen Kollegen ist es jetzt gelungen, die Verschränkung zweier Photonen aufrechtzuerhalten, wenn diese zunächst in elektromagnetische Feldschwingungen auf einer Metalloberfläche verwandelt werden und dann wieder als Photonen ausgesandt werden. Die Physiker stellen ihr Experiment im Fachmagazin Nature (Bd. 418, S. 304) vor.

Viele erhoffte Anwendungen dieser „Spukhaften Fernwirkung“ wie beispielsweise Quantencomputer oder das durch die Fernsehserie „Raumschiff Enterprise“ populär gewordene Beamen kranken daran, dass die Verschränkung durch die kleinste Wechselwirkung der verschränkten Teilchen mit ihrer Umwelt zerstört wird. Das machte die Verschränkung einer größeren Anzahl von Teilchen und damit auch die von makroskopischen Objekten bisher so gut wie unmöglich.

Die Leidener Forscher schätzen, dass bei ihrem Experiment am Transport der Plasmonen ? das sind die elektromagnetischen Oberflächenschwingungen ? etwa zehn Milliarden Elektronen beteiligt sind, ohne dabei die Verschränkung zu zerstören. „Unser Experiment zeigt, dass die makroskopische Größe der Plasmonen ihr Quantenverhalten nicht beeinträchtigt“, schreiben Woerdman und seine Kollegen.

Konkret verläuft das Experiment folgendermaßen: Die beiden miteinander verschränkten Photonen werden auf jeweils einen dünnen Metallfilm gelenkt. Die beiden Filme sind mit gitterförmig angeordneten Löchern durchsetzt, deren Durchmesser kleiner als die Wellenlänge der Photonen ist. Das fördert die Umwandlung der Photonen in Plasmonen, die auf die andere Seite des Metallfilms wandern und deren Energie dort wieder als Photonen freigesetzt wird. Mit jeweils zwei nachgeschalteten Polarisationsfiltern und Detektoren konnten die Forscher dann die immer noch vorhandene Verschränkung nachweisen.

„Im nächsten Schritt müssen wir jetzt herauszufinden, ob wir die Kombination von Nanotechnologie und Plasmonen dazu nutzen können, die Verschränkung für technische Anwendungen gezielt zu manipulieren“, so kommentiert William Barnes von der Universität von Exeter die Arbeit seiner Leidener Kollegen.

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Axel Tillemans
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