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Wiener Physiker reinigen Einsteins "spukhafte Fernwirkung"

Physiker arbeiten zur Zeit an der Entwicklung von Quantencomputern und an der Einführung der Quantenkryptografie, der Übermittlung von Geheimdaten mit Hilfe der Quantenmechanik. Beiden Anwendungen gemeinsam ist, dass sie eine von Albert Einstein „spukhafte Fernwirkung“ genannte Eigenschaft der Quantenmechanik benötigen, die durch Wechselwirkungen mit der Umwelt „verschmutzt“ wird. Dem Team um Anton Zeilinger von der Universität Wien ist jetzt die „Reinigung“ von verschmutzten Fernwirkungszuständen gelungen. Die Physiker stellen ihr Verfahren in der Fachzeitschrift Nature (Bd. 423, S. 417) vor.

Bei der von Physikern Verschränkung genannten spukhaften Fernwirkung wird eine Art „telepathische“ Verbindung zwischen zwei Teilchen hergestellt. Wenn man an einem der beiden Teilchen eine Messung durchführt, dann reagiert darauf simultan auch sein telepathischer Zwillingsbruder – und zwar unabhängig davon, wie weit die Teilchen voneinander entfernt sind.

Erzeugen kann man solch ein Zwillingspaar bisher nur gemeinsam. Will man das Teilchenpaar – bei den meisten Anwendungen sind die Teilchen Photonen – beispielsweise für eine quantenkryptografische Geheimübertragung benutzen, dann muss man eines der beiden Photonen zum Empfänger transportieren. Dabei lässt sich nicht vermeiden, dass dieses Photon mit seiner Umwelt wechselwirkt. Die „Umwelt“ kann beispielsweise ein Glasfaserkabel sein, durch das das Photon geschickt wird.

Bei dieser Wechselwirkung mit der Umwelt – der so genannten Dekohärenz – wird die Verschränkung mit seinem Zwillingsbruder zwar nicht sofort vollkommen zerstört, aber es werden mit zunehmender Länge des Kabels „Schmutzzustände“ in den Verschränkungszustand hineingemischt.

Es gab bereits theoretische Überlegungen, diese Schmutzzustände mit Hilfe so genannter CNOT-Gatter zu reinigen. CNOT-Gatter sind logische Bauelemente von Quantencomputern. Doch bisher existieren keine für diesen Zweck geeignete CNOT-Gatter.

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Dem Wiener Team ist es nun gelungen, verschmutzte Verschränkungszustände mit einer Versuchsapparatur zu reinigen, die nur aus einfachen optischen Elementen wie Spiegeln oder Polarisationsfiltern besteht. Dabei erzeugen die Physiker aus jeweils zwei weniger gut verschränkten Photonenpaaren ein perfekt verschränktes Paar.

Axel Tillemans
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