Quantenphysik: Die Zukunft beeinflusst die Vergangenheit

In der „Quantenwelt“ können zukünftige Handlungen vergangene Ereignisse beeinflussen, schreiben Wiener Physiker um Anton Zeilingerund belegen mit dem nun veröffentlichten Experiment, wie verrückt – zumindest nach herkömmlichem Erfahrungshorizont –die Quantenphysik sein kann.
„Wir können davon ausgehen, dass die Welt tatsächlich so verrückt ist, wie Einstein hoffte, dass sie es nicht ist“, hatte Zeilinger schon vor einigen Jahren gesagt und mit seiner Forscher-Gruppe einmal mehr den Beweis dafür angetreten. …
Hintergrund verschränkte Teilchen
Verschränkung von Teilchen: Zwei verschränkte Teilchen, etwa zwei Photonen, bleiben aufgrund ihrer Verschränkung (Verbindung) über beliebige Distanzen miteinander verbunden. Sind sie erst einmal miteinander verschränkt, haben sie perfekt definierte gemeinsame Eigenschaften, verlieren dabei allerdings einen Teil ihre Einzeleigenschaften. Siehe dazu das Würfelbeispiel.
Sind zwei Teilchen nicht verschränkt, hat jedes seine eigene wohldefinierte Eigenschaft – die Physiker sprechen von „separablen Quantenzuständen“.

Ein Gedankenexperiment
Jetzt sollte man meinen, dass auch in der Quantenwelt die Frage, ob die beiden Teilchen verschränkt sind oder nicht, klar beantwortet werden kann, oder wie die Physiker es ausdrücken, „ein objektives Faktum der Wirklichkeit sein muss“. Doch die Physiker vom Institut für Quantenoptik und Quanteninformation (IQOQI) und des Vienna Center forQuantum Science and Technology (VCQ) an der Universität Wien zeigten, dass dies nicht immer der Fall ist(!).
Sie verwirklichten dazu ein Gedankenexperiment aus dem Jahr 2000 des israelischen Physikers Asher Peres (1934-2005), einem Pionier der Quanteninformationstheorie.

Bei dem Experiment werden zwei verschränkte Paare von Photonen produziert.
Ein Photon von jedem Paar wird an ein Messgerät („Viktor“) geschickt. Von den zwei verbleibenden Photonen wird eines an das Messgerät „Alice“ und eines an das Gerät„Bob“ gesendet. „Viktor“ hat bei seiner Messung zwei Möglichkeiten. Er kann die zwei Photonen so messen, dass sie in einen verschränkten Zustand gezwungen werden, dann wird auch das Photonenpaar von „Alice“ und „Bob“ verschränkt. Entscheidet sich„Viktor“ aber, seine beiden Teilchen einzeln zu messen, dann wird auch das Paar von„Alice“ und „Bob“ in einen separablen Zustand gebracht.

Entscheidung verzögert – Zeit –

Zeit ist in der Quantenwelt ganz anders!

Die Physiker um Erstautor Xiao-song Ma haben in ihrem Experiment aber „Viktors“ Entscheidung und Messung verzögert, diese findet erst nach den Messungen von„Alice“ und „Bob“ statt.
Damit waren sie aber in der Lage, erst nach der Messung von „Alice“und „Bob“ die Entscheidung über den Quantenzustand der Photonen von „Alice“ und „Bob“ zu treffen, also ob die Photonen verschränkt oder separabel waren. Die Entscheidung kann sogar erst dann fallen, wenn die Lichtteilchen von „Alice“ und „Bob“ gar nicht mehr existieren.

Ein Impuls (Input) aus der Zukunft
Wie Zeilinger gegenüber der Presse betonte, ist das Experiment „nicht nur eine wissenschaftlich – philosophische Spielerei“, sondern hat auch praktische Bedeutung. Eine solche Anordnung und Prozedur mit den vier Photonen würde sich auch für sogenannte „Quanten-Repeater“ eignen, die man in Zukunft dazu nützen könnte, Quantencomputer* zu verbinden. So könnte man damit Output und Input von Quantencomputern verknüpfen.

Die Konsequenz daraus klingt unglaublich und zeigt einmal mehr, wie seltsam die Quantenwelt sein kann: „Das bedeutet letztlich, dass ein Quantencomputer in der Vergangenheit mit einem Problem zu rechnen beginnen kann, das von einem Input stammt, der erst in der Zukunft existiert.“
Quelle: „Experimental delayed-choice entanglement swapping“ ist in „Nature Physics“ erschienen (doi:10.1038/nphys2294).
Link: http://www.nature.com/nphys/journal/v8/n6/full/nphys2294.html
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(*Anmerkung: Dabei muss man bedenken, dass es hier auch um viel Geld geht, denn ca. 40-45% des gesamten weltweiten Bruttosozialproduktes entstehen schon heute auf den Grundlagen der Quantentheorie. Tendenz steigend!)