Quantenverschränkung, ein Phänomen, das Albert Einstein einst als „unheimliche Fernwirkung“ abgetan hat, hat sich von einem theoretischen Paradoxon zu einem Eckpfeiler der modernen Quantentechnologie entwickelt. Die Debatte um diese bizarre Eigenschaft der Quantenmechanik, die es ermöglicht, dass Teilchen unabhängig von der Entfernung korreliert bleiben, hat jahrzehntelange Forschung angeregt, die in praktischen Anwendungen wie hochsicherer Kommunikation und fortschrittlicher Datenverarbeitung gipfelte.
Der Ursprung der „Gruseligkeit“
In den 1920er Jahren stellte Einstein zusammen mit Boris Podolsky und Nathan Rosen die Vollständigkeit der Quantentheorie in Frage. Sie argumentierten, dass die Quantenmechanik, wenn sie korrekt sei, eine sofortige Verbindung zwischen verschränkten Teilchen impliziere und damit gegen das Prinzip der Lokalität verstoße – die Idee, dass ein Objekt nur direkt von seiner unmittelbaren Umgebung beeinflusst wird. Dies veranlasste sie dazu, die Existenz „versteckter Variablen“ vorzuschlagen, die das Verhalten der Teilchen vorbestimmen würden, wodurch die Notwendigkeit einer sofortigen Beeinflussung entfällt.
Der Physiker John Stewart Bell entwickelte jedoch in den 1960er Jahren einen Test, um festzustellen, ob diese verborgenen Variablen tatsächlich existierten. Bells Theorem sagte voraus, dass bestimmte statistische Korrelationen zwischen verschränkten Teilchen begrenzt wären, wenn der lokale Realismus (die Kombination aus Lokalität und verborgenen Variablen) wahr wäre.
Das experimentelle Urteil
Jahrzehntelange Experimente, insbesondere die von Ronald Hanson an der Technischen Universität Delft und anderen durchgeführten, haben eindeutig bestätigt, dass die Bellschen Ungleichungen verletzt sind. Die Experimente von 2015, die drei Physikern den Nobelpreis 2022 einbrachten, bewiesen, dass Quantenkorrelationen stärker sind, als jede lokale realistische Theorie zulassen könnte. Wie Marek Żukowski von der Universität Danzig es ausdrückte: „Das war der letzte Nagel zum Sarg all dieser Ideen.“
Das bedeutet, dass verschränkte Teilchen eine Verbindung aufweisen, die über Distanz und klassische Physik hinausgeht. Sie korrelieren nicht nur durch gemeinsame Informationen aus der Vergangenheit; Ihre Schicksale sind auf eine Weise miteinander verflochten, die sich dem herkömmlichen Verständnis widersetzt.
Vom Paradox zur Praktikabilität
Die Akzeptanz der Nicht-Lokalität hat reale Anwendungen erschlossen. Hansons Arbeit, die ursprünglich als Test des Quantenvorteils gedacht war, ebnete den Weg für die Quantenkryptographie. Durch die Nutzung verschränkter Partikel ist es möglich, Kommunikationsnetzwerke zu schaffen, die theoretisch unhackbar sind, da jeder Versuch, die Übertragung abzufangen, die Verschränkung stören und die Benutzer sofort alarmieren würde.
Quantencomputer basieren ebenfalls stark auf der Verschränkung. Verschränkte Qubits – das Quantenäquivalent von Bits – ermöglichen Berechnungen, die für klassische Computer unmöglich sind. Forscher erforschen aktiv, wie sich die Verschränkung nutzen lässt, um leistungsfähigere und effizientere Algorithmen zu entwickeln.
„Man kann der Nicht-Lokalität nicht entkommen“, sagt Jacob Barandes von der Harvard University und unterstreicht, dass dieser grundlegende Aspekt der Quantenmechanik nicht nur eine theoretische Kuriosität, sondern ein Grundprinzip für zukünftige Technologien ist.
Die Verschränkung bleibt Gegenstand laufender Forschung, wobei Physiker weiterhin die zugrunde liegenden Annahmen von Bells Arbeit untersuchen. Allerdings hat es sich bereits von einer philosophischen Debatte zu einem wirkungsvollen Instrument für Innovation entwickelt.
Der anfängliche Widerstand gegen die Quanten-Nichtlokalität ist einer neuen Ära gewichen, in der die Akzeptanz dieser „Gruseligkeit“ den Fortschritt in der sicheren Kommunikation, fortschrittlichen Computertechnik und einem tieferen Verständnis des Universums selbst vorantreibt.
