Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Dreiteilchenverschränkung besteht härtesten Test

24.03.2014

Die Quantenmechanik unterscheidet sich in wesentlichen Grundannahmen von der klassischen Physik. Nun haben Wissenschaftler der University of Waterloo und der Universität Innsbruck erstmals drei miteinander verschränkte Photonen völlig unabhängig von einander gemessen. Die in der Zeitschrift Nature Photonics veröffentlichten Ergebnisse bestätigen eindrucksvoll die Theorie der Quantenverschränkung.

Quantenphysik zeichnet sich durch einige für den Laien schwer verständliche Eigenschaften aus. So geht die klassische Physik davon aus, dass Vorgänge nur Auswirkungen auf ihre direkte räumliche Umgebung haben.


Das Gelände der University of Waterloo in Kanada, auf dem das Experiment durchgeführt wurde. Foto: IQC


Eine Senderstation, die die verschränkten Photonen in die hunderte Meter entfernt stehende Messstation schickt. Foto: IQC

Die in der Quantenmechanik formulierte Möglichkeit, dass verschränkte Teilchen auch über weite Distanzen hinweg stark miteinander verbunden sein können, veranlasste Albert Einstein einmal dazu, von einer „spukhaften Fernwirkung“ zu sprechen.

Bis heute suchen deshalb Zweifler nach möglichen verborgenen Eigenschaften, die die Quantenmechanik doch den Gesetzen der klassischen Physik unterordnen. Diese Bemühungen erfahren nun erneut einen Rückschlag.

Mit der örtlich unabhängigen Messung von drei miteinander verschränkten Photonen bestätigen Physiker um Gregor Weihs vom Institut für Experimentalphysik der Universität Innsbruck sowie Thomas Jenewein und Kevin Resch vom Institute for Quantum Computing (IQC) der University of Waterloo in Kanada eindrucksvoll die Richtigkeit der Quantenmechanik.

Weit entfernte Messstationen

Schon 1997 hatte Gregor Weihs im Rahmen seiner Doktorarbeit an der Universität Innsbruck verschränkte Photonenpaare in einem Distanz von 400 Metern gemessen und dabei die Korrelationen der Photonen statistisch nachgewiesen. Nun wiederholte er das Experiment mit dem Team an der University of Waterloo mit jeweils drei verschränkten Photonen.

Die Vorarbeiten dafür hat Weihs noch in seiner Zeit als Associate Professor am Institute for Quantum Computing (IQC) der University of Waterloo geleistet. Für das Experiment brachten die Physiker jeweils drei Photonen in einen GHZ-Zustand. Dieses nach Daniel Greenberger, Michael Horne und Anton Zeilinger benannte Experiment, wurde eben dazu erdacht, Theorien mit verborgenen Variablen auszuschließen.

Von den drei Photonen übertrugen die Forscher zwei über Freistrahlstrecken in hunderte Meter entfernt stehende Messstationen. Das dritte Photon wurde am Ort der Photonenquelle gemessen. Echte Zufallsgeneratoren steuerten den nächtlichen, rund eineinhalbstündigen Messprozess, in dem die Polarisation der drei Photonen parallel gemessen wurden.

„Mit dem Experiment konnten wir die Verschränkung der Photonen statistisch klar nachweisen“, freut sich Gregor Weihs. „Weil die Messstationen so weit von einander entfernt stehen, kann ausgeschlossen werden, dass Informationen über die Messung von einer Station zur nächsten übertragen werden, noch bevor dort gemessen wird. Damit ist ausgeschlossen, dass eine Informationsübertragung das Messergebnis beeinflusst.“

Zusätzlich haben die Wissenschaftler die Zufallsgeneratoren, die den Messprozess steuern, hunderte Meter von einander entfernt untergebracht. So wird ein weiterer möglicher Einfluss auf die Messungen ausgeschlossen. „Die einzige Annahme, die wir für das Experiment noch voraussetzen müssen, ist, dass die Detektoren allen Photonen die gleiche Chance lassen“, lässt Gregor Weihs für die Zukunft Zweiflern noch ein kleines Schlupfloch.

Aufwändiges Experiment

Möglich wurde dieses für das grundlegende Verständnis der Natur wichtige Experiment, weil Gregor Weihs und seine Kollegen in Kanada über eine sehr gute Quelle zur Erzeugung der Photonen sowie ausgezeichnete Übertragungstechniken verfügen. „Nur so konnten ausreichend Photonentripletts erzeugt und gemessen werden, um in vergleichsweise kurzer Zeit statistisch relevante Ergebnisse zu erzielen“, erzählt Gregor Weihs.

„Darüber hinaus benötigt ein solches Experiment ein großes, motiviertes Team und ausreichend Mittel für die aufwändige Infrastruktur.“ Das Experiment bestätigt nicht nur die Eigenschaften der Quantenmechanik, es eröffnet auch Perspektiven für die Realisierung von quantenkryptographischen Anwendungen für mehr als zwei Teilnehmer. Finanziell unterstützt wurde es unter anderem vom Wissenschaftsfonds FWF und der Europäischen Union.

Publikation: Experimental Three-Photon Quantum Nonlocality under Strict Locality Conditions. C. Erven, E. Meyer-Scott, K. Fisher, J. Lavoie, B. L. Higgins, Z. Yan, C. J. Pugh, J.-P. Bourgoin, R. Prevedel, L. K. Shalm, L. Richards, N. Gigov, R. Laflamme, G. Weihs, T. Jennewein, and K. J. Resch. Nature Photonics 2014
[doi: 10.1038/nphoton.2014.50, http://dx.doi.org/10.1038/nphoton.2014.50]


Rückfragehinweis:
Univ.-Prof. Dr. Gregor Weihs
Institut für Experimentalphysik
Universität Innsbruck
Telefon: +43 512 507 52550
E-Mail: gregor.weihs@uibk.ac.at
Web: http://www.uibk.ac.at/exphys/photonik

Dr. Christian Flatz
Büro für Öffentlichkeitsarbeit
Universität Innsbruck
Telefon: +43 512 507 32022
Mobil: +43 676 872532022
E-Mail: christian.flatz@uibk.ac.at

Weitere Informationen:

http://www.uibk.ac.at/exphys/photonik - Arbeitsgruppe Photonik an der Universität Innsbruck

Dr. Christian Flatz | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Individualisierte Faserkomponenten für den Weltmarkt
22.06.2017 | Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH)

nachricht Innovative High Power LED Light Engine für den UV Bereich
22.06.2017 | Omicron - Laserage Laserprodukte GmbH

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Can we see monkeys from space? Emerging technologies to map biodiversity

An international team of scientists has proposed a new multi-disciplinary approach in which an array of new technologies will allow us to map biodiversity and the risks that wildlife is facing at the scale of whole landscapes. The findings are published in Nature Ecology and Evolution. This international research is led by the Kunming Institute of Zoology from China, University of East Anglia, University of Leicester and the Leibniz Institute for Zoo and Wildlife Research.

Using a combination of satellite and ground data, the team proposes that it is now possible to map biodiversity with an accuracy that has not been previously...

Im Focus: Klima-Satellit: Mit robuster Lasertechnik Methan auf der Spur

Hitzewellen in der Arktis, längere Vegetationsperioden in Europa, schwere Überschwemmungen in Westafrika – mit Hilfe des deutsch-französischen Satelliten MERLIN wollen Wissenschaftler ab 2021 die Emissionen des Treibhausgases Methan auf der Erde erforschen. Möglich macht das ein neues robustes Lasersystem des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnologie ILT in Aachen, das eine bisher unerreichte Messgenauigkeit erzielt.

Methan entsteht unter anderem bei Fäulnisprozessen. Es ist 25-mal wirksamer als das klimaschädliche Kohlendioxid, kommt in der Erdatmosphäre aber lange nicht...

Im Focus: Climate satellite: Tracking methane with robust laser technology

Heatwaves in the Arctic, longer periods of vegetation in Europe, severe floods in West Africa – starting in 2021, scientists want to explore the emissions of the greenhouse gas methane with the German-French satellite MERLIN. This is made possible by a new robust laser system of the Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT in Aachen, which achieves unprecedented measurement accuracy.

Methane is primarily the result of the decomposition of organic matter. The gas has a 25 times greater warming potential than carbon dioxide, but is not as...

Im Focus: How protons move through a fuel cell

Hydrogen is regarded as the energy source of the future: It is produced with solar power and can be used to generate heat and electricity in fuel cells. Empa researchers have now succeeded in decoding the movement of hydrogen ions in crystals – a key step towards more efficient energy conversion in the hydrogen industry of tomorrow.

As charge carriers, electrons and ions play the leading role in electrochemical energy storage devices and converters such as batteries and fuel cells. Proton...

Im Focus: Die Schweiz in Pole-Position in der neuen ESA-Mission

Die Europäische Weltraumagentur ESA gab heute grünes Licht für die industrielle Produktion von PLATO, der grössten europäischen wissenschaftlichen Mission zu Exoplaneten. Partner dieser Mission sind die Universitäten Bern und Genf.

Die Europäische Weltraumagentur ESA lanciert heute PLATO (PLAnetary Transits and Oscillation of stars), die grösste europäische wissenschaftliche Mission zur...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Von Batterieforschung bis Optoelektronik

23.06.2017 | Veranstaltungen

10. HDT-Tagung: Elektrische Antriebstechnologie für Hybrid- und Elektrofahrzeuge

22.06.2017 | Veranstaltungen

„Fit für die Industrie 4.0“ – Tagung von Hochschule Darmstadt und Schader-Stiftung am 27. Juni

22.06.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Makro-Mikrowelle macht Leichtbau für Luft- und Raumfahrt effizienter

23.06.2017 | Materialwissenschaften

'Fix Me Another Marguerite!'

23.06.2017 | Biowissenschaften Chemie

Der Form eine Funktion verleihen

23.06.2017 | Informationstechnologie