(Universität Glasgow) Dieses atemberaubende Bild, das letztes Jahr von Physikern der Universität Glasgow in Schottland aufgenommen wurde, ist das erste Quantenfoto überhaupt Verstrickung - ein Phänomen, das so seltsam ist, dass der Physiker Albert Einstein es berühmt als „gruselige Aktion aus der Ferne“ beschrieb.
Es sieht vielleicht nicht nach viel aus, aber halten Sie einfach inne und denken Sie einen Moment darüber nach: Dieses verschwommene graue Bild war das erste Mal, dass wir die Teilchenwechselwirkung sahen, die der seltsamen Wissenschaft der Quantenmechanik zugrunde liegt und die Grundlage dafür bildet Quanten-Computing .
Quantenverschränkung entsteht, wenn zwei Teilchen untrennbar miteinander verbunden werden und alles, was einem passiert, sich sofort auf das andere auswirkt, unabhängig davon, wie weit sie voneinander entfernt sind. Daher die Beschreibung „gruselige Aktion aus der Ferne“.
Dieses besondere Foto zeigt die Verschränkung zwischen zwei Photonen – zwei Lichtteilchen. Sie interagieren und teilen – für einen kurzen Moment – physische Zustände.
Paul-Antoine Moreau, Erstautor des Artikels, in dem das Bild im Juli 2019 enthüllt wurde, sagte der BBC Das Bild sei „eine elegante Demonstration einer grundlegenden Eigenschaft der Natur“.
Um das unglaubliche Foto aufzunehmen, haben Moreau und ein Team von Physikern ein System entwickelt, das Ströme verschränkter Photonen auf das aussendet, was sie als „unkonventionelle Objekte“ bezeichnen.
Das Experiment umfasste tatsächlich die Aufnahme von vier Bildern der Photonen bei vier verschiedenen Phasenübergängen. Das vollständige Bild können Sie unten sehen:
(Moreau et al., Wissenschaftliche Fortschritte , 2019)
Was Sie hier sehen, ist eigentlich eine Zusammenstellung mehrerer Bilder der Photonen, während sie eine Reihe von vier Phasenübergängen durchlaufen.
Die Physiker spalteten die verschränkten Photonen auf und schickten einen Strahl durch ein Flüssigkristallmaterial, das sogenannte β-Bariumborat , was vier Phasenübergänge auslöst.
Gleichzeitig machten sie Fotos des verschränkten Paares, das dieselben Phasenübergänge durchlief, obwohl es den Flüssigkristall nicht passiert hatte.
Unten sehen Sie den Aufbau: Der verschränkte Photonenstrahl kommt von unten links, eine Hälfte des verschränkten Paares teilt sich nach links und passiert die vier Phasenfilter. Die anderen, die geradeaus gehen, haben die Filter nicht durchlaufen, sondern die gleichen Phasenänderungen durchlaufen.
(Moreau et al. , Wissenschaftliche Fortschritte , 2019)
Die Kamera konnte gleichzeitig Bilder davon aufnehmen und zeigen, dass sich beide trotz der Teilung in die gleiche Richtung verschoben hatten. Mit anderen Worten: Sie waren verwickelt.
Während Einstein die Quantenverschränkung berühmt machte, half der verstorbene Physiker John Stewart Bell bei der Definition der Quantenverschränkung und entwickelte einen Test namens „ Bell-Ungleichung '. Wenn Sie die Bell-Ungleichung brechen können, können Sie im Grunde eine echte Quantenverschränkung bestätigen.
„Hier berichten wir über ein Experiment, das die Verletzung einer Bell-Ungleichung in beobachteten Bildern demonstriert“, so das Team schrieb ein Wissenschaftliche Fortschritte .
„Dieses Ergebnis öffnet den Weg für neue Quantenbildgebungssysteme … und verspricht vielversprechende Quanteninformationssysteme, die auf räumlichen Variablen basieren.“
Die Forschung wurde veröffentlicht in Wissenschaftliche Fortschritte .
Eine Version dieses Artikels wurde erstmals im Juli 2019 veröffentlicht.