Verschränkung bedeutet, dass sich zwei Quantenobjekte eine gemeinsame Beschreibung – einen sogenannten Gesamtzustand – teilen, anstatt dass jedes über eine eigene, unabhängige Beschreibung verfügt. Das Überraschende daran ist, dass dieser Gesamtzustand festlegen kann, in welcher Beziehung die Messergebnisse zueinander stehen, selbst wenn die Objekte weit voneinander entfernt sind. Dieser Kurs hilft Ihnen dabei, mithilfe einfacher Geschichten ein intuitives Verständnis für dieses Konzept zu entwickeln; anschließend wird Schritt für Schritt aufgezeigt, an welcher Stelle die alltägliche Vorstellung an ihre Grenzen stößt und warum die Quantenversion dennoch konsistent und überprüfbar bleibt.
Um sich dieses Konzept besser einzuprägen, ist es hilfreich, den Fokus auf die Messergebnisse zu legen. Bei der Verschränkung geht es weniger um einen unsichtbaren Faden, der die Teilchen miteinander verbindet, als vielmehr um eine Regel, die bestimmt, welche Ergebniskombinationen bei einer Messung gemeinsam auftreten können.
Bevor wir fortfahren, betrachten Sie eine grafische Darstellung, in der das Teilchenpaar zunächst als Einheit und anschließend als zwei getrennte Objekte betrachtet wird.
Ist der Zustand separabel, besitzt jedes Objekt seine eigene Wahrscheinlichkeitsverteilung; sie zusammenzubetrachten gleicht der Kombination zweier unabhängiger Würfelwürfe. Bei einem verschränkten Zustand hingegen gehören die Wahrscheinlichkeiten primär dem Paar als Ganzes an; man kann sie nicht aus zwei unabhängigen Einzelteilen rekonstruieren, ohne Informationen über deren wechselseitige Beziehung zu verlieren.
Stellen Sie sich zwei Münzen vor, die in zwei Kästen eingeschlossen sind. Sie und ein Freund erhalten jeweils einen Kasten und öffnen diesen später. In einem klassischen Szenario könnten die Münzen so präpariert worden sein, dass sie stets übereinstimmen oder stets gegensätzlich sind – und zwar noch bevor die Kästen voneinander getrennt wurden. Diese Erklärung stützt sich auf verborgene, bereits festgelegte Eigenschaften.
Verschränkung übernimmt zwar dieses Muster der Übereinstimmung, ändert jedoch den Zeitpunkt, zu dem ein eindeutiges Ergebnis vorliegt. Zwar treten weiterhin starke Korrelationen auf, doch lässt sich nicht mehr sagen, dass jede Münze von Anfang an eine bestimmte Seite aufwies. Das Paar verhält sich so, als gäbe es eine gemeinsame Regel für die kombinierten Ergebnisse, wobei die einzelnen Resultate erst im Moment der Messung feststehen.
Um diese beiden Szenarien direkt miteinander zu vergleichen, betrachten Sie die folgende Gegenüberstellung.
Entscheidender Unterschied Klassische Korrelation kann auf vorgegebenen Werten beruhen. Verschränkung hingegen ist eine Korrelation, die sich nicht durch für die einzelnen Teile vorgegebene Werte erklären lässt.
Eine Messung ist eine Wechselwirkung, die ein einzelnes, eindeutiges und registriertes Ergebnis hervorbringt – etwa das Klicken eines Detektors oder einen Lichtpunkt auf einem Bildschirm. Vor der Messung weist der Gesamtzustand den möglichen gemeinsamen Ergebnissen Wahrscheinlichkeiten zu. Nach der Messung liegt ein tatsächliches Ergebnis vor, und die Beschreibung des Systems wird entsprechend aktualisiert.
Genau deshalb spielt das „Hinsehen“ in der Quantenphysik eine so wichtige Rolle. Beim Hinsehen geht es nicht um den menschlichen Geist. Es geht vielmehr darum, dass das System mit einer makroskopischen Aufzeichnung verknüpft wird, sodass ein bestimmtes Ergebnis vorliegt, das man konsistent zur Vorhersage künftiger Ereignisse nutzen kann.
Variieren Sie einmal den Zeitpunkt der Messung und beobachten Sie, wie aus Wahrscheinlichkeit ein einziges, registriertes Ergebnis wird.