Verschränkung ist das seltsame Quantenphänomen, bei dem Objekte so eng miteinander verbunden werden, dass sie dieselbe Existenz teilen. In der Sprache der Physik werden sie durch dieselbe Wellenfunktion beschrieben.
Dinge miteinander zu verschränken ist nicht sehr schwer. An den meisten Interaktionen ist eine Art Verschränkung beteiligt.
Die Schwierigkeit besteht darin, es festzunageln. Verschränkung ist ein anfälliges und flüchtiges Phänomen. Mit einem Augenblinzeln entweicht es in die Umgebung. Deshalb ist es für Physiker so schwierig zu bewahren, zu beobachten und letztendlich auch damit zu spielen.
In den letzten Jahren haben Physiker gelernt, verschiedene Objekte in Paaren zu verschränken – Photonen, Elektronen, Atome und so weiter. Im Jahr 1999 erzeugten sie ein Qutrit durch die Verschränkung von drei Photonen. (Anm. d. Red.: Ein Qutrit ist analog zu einem Qubit, kann aber in drei möglichen Zuständen existieren, nicht nur in zwei.) Letztes Jahr hat man sogar sechs Photonen miteinander verschränkt.
Heute gaben Xing-Can Yao und seine Kollegen von der University of Science and Technology of China in Hefei allerdings bekannt, dass sie diesen Rekord gebrochen durch die Verschränkung von acht Photonen gebrochen haben, die sie alle simultan beobachteten und manipulierten.
Das ist keine einfache Sache. Acht Photonen zum selben Zeitpunkt exakt dorthin zu bekommen, wo man sie haben will, ist das quantenmechanische Äquivalent zum Hüten eines Rudels Katzen (selbstverständlich von der Schrödinger-Art).
Der Trick liegt darin, erst ein hochenergetisches Photon durch einen nichtlinearen Kristall zu schicken, der es in zwei verschränkte, aber weniger energiereiche Photonen umwandelt. Eines davon, Photon A, betritt das Experimentiergerät, während das andere nochmals von einem anderen Kristall gesplittet wird.
Dieses Paar ist natürlich mit Photon A verschränkt. Ein Photon des Paares betritt dann den Apparat, während das andere wieder geteilt wird, wodurch ein weiteres Paar entsteht, das mit Photon A verschränkt ist. Eines davon betritt den Apparat, während das andere geteilt wird, und so weiter, bis sich acht Photonen in dem Apparat befinden, alle miteinander und mit Photon A verschränkt.
Das Problem bei diesem Prozess ist, dass er in einem sehr schwachen Strahl resultiert. Mit der Art von Lasern, die heute verfügbar sind, liegt die bestmögliche Zählrate bei etwa 10-5 Hertz. Das bedeutet ein gleichzeitiges Auftreffen von acht Photonen alle Hunderttausend Sekunden oder ein Ereignis pro Tag. Nicht einmal Post-Doktoranden haben soviel Geduld.
Xing-Can Yao und Co sagen, sie haben dieses Problem umgangen, indem sie eine viel hellere ultraviolette Laserquelle benutzten, die verschränkte Photonenpaare mit einer viel höheren Rate produziert. Natürlich mussten sie auch lernen, wie man acht verschränkte Photonen manipuliert.
Das ist entscheidend. Acht verschränkte Photonen kommen Schrödingers Katze im Labor bisher am Nächsten. „Das könnte neue Einblicke in unser Verständnis der faszinierenden Fragen über klassische bis Quantenübergänge liefern“, sagten Xing-Can Yao und Co.
Aber es erlaubt auch noch eine Menge anderer Quantentricks. Zum Beispiel sollte ein 8-Photonen-Zustand ihnen erlauben, einen leistungsfähigen Weg zur Korrektur von Quantenfehlern zu demonstrieren – topologische Fehlerkorrektur genannt. Viele Physiker denken, dass die topologische Fehlerkorrektur eine der grundlegenden Technologien für Quantencomputer im großen Maßstab sein wird, aber niemand war in der Lage, es zu testen – bis jetzt.
Und die Manipulation eines 8-Photonen-Zustands wird ihnen erlauben, andere Quantensysteme zu simulieren. Das sollte es möglich machen, erstmals verschiedene Phänomene der Quantenchemie und sogar der Biophysik zu simulieren.
Und das mit Nichts außer Licht (und ein bisschen Rauch und hineingeworfenen Spiegeln).
Quelle: http://www.technologyreview.com/blog/arxiv/26837/
(THK)
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