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Drei "verdrehte" Photonen in drei Dimensionen verschränkt#

Neue Quantenzustände ebnen Weg für komplexe Quantennetzwerke#

Künstlerische Darstellung der verdrehten Photonenverschränkung
Künstlerische Darstellung der verdrehten Photonenverschränkung
© Faculty of Physics, University of Vienna

Bislang war es nur möglich, verschränkte Vielteilchen-Quantenzustände in zwei Dimensionen zu erzeugen – wie im berühmten Gedankenexperiment zu Erwin Schrödingers Katze, die gleichzeitig lebendig und tot sein kann. Anton Zeilinger und einem Team von Physikern des Instituts für Quantenoptik und Quanteninformation (IQOQI) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften, der Universität Wien und der Universität Autonoma de Barcelona ist es nun erstmals gelungen, drei Lichtteilchen in mehreren Dimensionen zu verschränken. Die Physiker verwendeten dazu eine besondere Eigenschaft von Photonen, den Drehimpuls des Lichts. Dieser neue hoch-dimensionale Drei-Teilchen-Quantenzustand zeigt, dass Quantenverschränkung noch vielfältiger sein kann als bisher angenommen – eine Anwendung, die auch in der Quantenkryptographie denkbar wäre. Die aktuelle Studie dazu erscheint im Fachmagazin Nature Photonics.

Verschränkung ist eine nicht-intuitive Eigenschaft in der Quantenmechanik, über die Physiker und Philosophen gleichermaßen nachdenken. Es scheint, als ob verschränkte Lichtquanten einander beeinflussen können, unabhängig von deren räumlicher Entfernung. Vergleichbar ist dies mit zwei Eistänzerinnen, die Pirouetten im und gegen den Uhrzeigersinn gleichzeitig drehen können. Die Besonderheit von zwei verschränkten Quanten-Eistänzerinnen ist, dass diese perfekt korrelierte Drehrichtungen besitzen. Wenn sich die eine Eistänzerin nach links dreht, dreht die andere ihre Pirouetten mit Sicherheit ebenfalls nach links, wobei sich diese auch auf einem anderen Kontinent befinden kann.