In den 1930er Jahren kehrte der ehrwürdige theoretische Physiker Albert Einstein auf das Gebiet der Quantenmechanik zurück, zu dessen Entstehung seine Relativitätstheorien beigetragen haben. In der Hoffnung, eine vollständigere Theorie über das Verhalten von Partikeln zu entwickeln, war Einstein stattdessen entsetzt über die Aussicht auf Quantenverschränkung - etwas, das er als „gruselige Fernwirkung“ bezeichnete.
Trotz Einsteins Bedenken hat sich die Quantenverschränkung zu einem akzeptierten Bestandteil der Quantenmechanik entwickelt. Und jetzt machte zum ersten Mal ein Team von Physikern der Universität Glasgow ein Bild von einer Form der Quantenverschränkung (auch bekannt als Bell-Verschränkung) bei der Arbeit. Auf diese Weise gelang es ihnen, den ersten visuellen Beweis für ein Phänomen zu erfassen, das selbst Einstein selbst verblüffte.
Das Papier mit dem Titel „Imaging Bell-type nonlocal behaviour“, das ihre Ergebnisse beschrieb, erschien kürzlich in der Zeitschrift Fortschritte in der Wissenschaft. Die Studie wurde von Dr. Paul-Antoine Moreau, einem Leverhulme Early Career Fellow an der Universität von Glasgow, geleitet und umfasste mehrere Forscher der School of Physics & Astronomy in Glasgow.
Die Quantenverschränkung beschreibt das Phänomen, bei dem zwei Teilchen, die miteinander interagieren, verbunden bleiben und sofort ihre physikalischen Zustände teilen können, egal wie weit sie voneinander entfernt sind. Diese Verbindung ist das Herzstück der Quantenmechanik, obwohl sie das Konzept des lokalen Realismus und viele Elemente der Speziellen Relativitätstheorie verletzt.
Bis 1964 erweiterte Sir John Bell die Arbeit früherer Theoretiker, indem er das Konzept der nichtlokalen Interaktion formalisierte und eine starke Form der Verschränkung beschrieb. Dies würde als Bell-Verschränkung bekannt werden, ein Konzept, das für mehrere wissenschaftliche Anwendungen genutzt wird - wie Quantencomputer und Kryptographie.
Und doch wurde es bis jetzt nie in einem einzigen Bild aufgenommen. Wie Dr. Moreau in einer Pressemitteilung der Universität Glasgow sagte:
„Das Bild, das wir aufgenommen haben, ist eine elegante Demonstration einer grundlegenden Eigenschaft der Natur, die zum ersten Mal in Form eines Bildes gesehen wird. Es ist ein aufregendes Ergebnis, das genutzt werden könnte, um das aufstrebende Gebiet des Quantencomputers voranzutreiben und zu neuen Arten der Bildgebung zu führen. “
Für ihre Studie entwickelte das Forscherteam ein System, bei dem ein Strom verwickelter Fotos von einer Quantenlichtquelle abgefeuert wird. Dieser Strom durchläuft dann eine Reihe von „nicht konventionellen Objekten“, die sich auf Flüssigkristallmaterialien beziehen, die die Phase der Photonen beim Durchgang ändern.
Das Setup enthielt auch eine hochempfindliche Kamera, mit der einzelne Photonen erfasst und Bilder von ihnen aufgenommen werden können. Die Kamera war jedoch so programmiert, dass sie nur dann Bilder aufnimmt, wenn sie sowohl ein Photon als auch seinen verwickelten Zwilling sieht. Auf diese Weise erzeugte das Experiment effektiv eine sichtbare Aufzeichnung der Verschränkung zweier Photonen.
Die Ergebnisse dieser Studie öffnen die Tür zu einer völlig neuen Welt von Quantenbildgebungstechniken, die Bell-Verschränkungen nutzen. Es hat auch Auswirkungen auf das Gebiet der Quanteninformation (d. H. Quantencomputer und Kryptologie).
