Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Quantenmessungen: Gesunder Menschenverstand reicht nicht aus

23.07.2009
Experimentalphysiker widerlegen nichtkontextuelle Quantenmodelle

Entgegen der klassischen Physik geht die Quantenphysik davon aus, dass die Eigenschaften eines quantenmechanischen Systems vom Messkontext abhängig sind, ob also andere Messungen an dem System durchgeführt werden.

Innsbrucker Physiker um Christian Roos und Rainer Blatt haben nun erstmals experimentell umfassend bewiesen, dass nichtkontextuelle Erklärungsversuche von Quantenphänomenen nicht möglich sind. Sie berichten darüber in der aktuellen Ausgabe der Zeitschrift Nature.

Die Quantenmechanik beschreibt die physikalischen Verhältnisse von Licht und Materie und formuliert dabei einige Vorstellungen, die unserem klassischen Bild der Natur völlig widersprechen. Immer wieder haben Physiker deshalb versucht, die nichtkausalen Phänomene der Quantenmechanik mit Hilfe von verborgenen Variablen zu erklären und damit den in der Quantentheorie allgegenwärtigen Zufall auszuschließen.

Eine theoretische Überlegung von Simon Kochen und Ernst Specker aus dem Jahr 1967 zeigt jedoch, dass bei solchen Erklärungsversuchen mit verborgenen Variablen die Messungen kontextuell sein müssen. Das heißt, dass das Ergebnis einer Messung von anderen gleichzeitig durchgeführten Messungen abhängig ist. Interessanterweise sind die Messungen hierbei miteinander verträglich und stören sich nicht gegenseitig.

Nun konnten die Forscher um Christian Roos und Rainer Blatt vom Institut für Quantenoptik und Quanteninformation (IQOQI) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften und der Universität Innsbruck diese Überlegungen bestätigen und erstmals im Experiment nichtkontextuelle Erklärungsversuche der Quantentheorie ausschließen. Es gelang ihnen in einer Reihe von Messungen an einem Quantensystem aus zwei Ionen nachzuweisen, dass die Messung einer bestimmten Eigenschaft abhängig von anderen Messungen an dem System ist.

Technologischer Vorsprung
Ausgeführt wurde das Experiment von den Doktoranden Gerhard Kirchmair und Florian Zähringer sowie Rene Gerritsma, einem niederländischen Postdoc am IQOQI. Dazu speicherten die Forscher zwei lasergekühlte Kalzium-Ionen in einer elektromagnetischen Falle und führten dann eine Reihe von Messungen an den Ionen durch. „Wir haben dazu Techniken verwendet, die wir für den Bau des Quantencomputers entwickelt haben. Im Experiment mussten wir bis zu sechs Quantengatter hintereinander schalten“, erklärt Christian Roos. „Das war möglich, weil wir seit kurzem Quantengatter besonders hoher Güte erzeugen können.“ Erst im Vorjahr gelang es den Forschern um Rainer Blatt, erstmals ein beinahe fehlerfrei arbeitendes Quantengatter zu realisieren, mit einer Güte von über 99 Prozent. Mit diesem technologischen Vorsprung konnten die Forscher nun erstmals auch mit experimentellen Mitteln umfassend nachweisen, dass nichtkontextuelle Erklärungsmodelle mit verborgenen Variablen nicht mit den Experimenten vereinbar sind. Das Ergebnis ist dabei unabhängig vom verwendeten Quantenzustand, im Experiment wurde es an zehn verschiedenen Zuständen getestet. Einflüsse der noch verbliebenen Störungen im Messverfahren konnten die Experimentalphysiker mit Unterstützung der Theoretiker Otfried Gühne und Matthias Kleinmann aus der Innsbrucker Arbeitsgruppe um Prof. Hans Briegel ausschließen.
Zufall lässt sich nicht ausschließen
Schon 1935 stellten Albert Einstein, Boris Podolsky und Nathan Rosen die Frage nach der Vollständigkeit der Quantenmechanik im Sinne einer realistischen physikalischen Theorie, eine Kritik, die als EPR-Paradoxon in die Wissenschaftsgeschichte einging. Mitte der 1960er-Jahre konnte John Bell zeigen, dass die Quantentheorie keine reale und gleichzeitig lokale Theorie sein kann, ein Resultat, das inzwischen auch in Experimenten belegt werden konnte. Das Ergebnis von Kochen und Specker schließt eine andere Klasse von Theorien aus, ein überzeugender experimenteller Nachweis war jedoch bisher schwierig. Den Innsbrucker Wissenschaftlern ist nun auf Basis eines theoretischen Vorschlags des Spaniers Adán Cabello ein eindeutiges Experiment gelungen. Unterstützt wurden sie dabei von österreichischen Wissenschaftsfonds FWF, der Europäischen Union und der Industriellenvereinigung Tirol.

Publikation: State-independent experimental test of quantum contextuality. G. Kirchmair, F. Zähringer, R. Gerritsma, M. Kleinmann, O. Gühne, A. Cabello, R. Blatt, and C. F. Roos. Nature. 23. Juli 2009 (DOI: 10.1038/nature08172)

Kontakt:
Dr. Christian Roos
Institut für Quantenoptik und Quanteninformation
Österreichische Akademie der Wissenschaften
Otto-Hittmair-Platz 1, 6020 Innsbruck, Austria
Tel: +43 512 507-4728
E-mail: Christian.Roos@uibk.ac.at
Web: http://www.quantumoptics.at
Dr. Christian Flatz
Public Relations
Institut für Quantenoptik und Quanteninformation
Österreichische Akademie der Wissenschaften
Otto-Hittmair-Platz 1, 6020 Innsbruck, Austria
Tel. +43 650 5777122
E-Mail: pr-iqoqi@oeaw.ac.at
Web: http://www.iqoqi.at

Dr. Christian Roos | IQOQI
Weitere Informationen:
http://www.iqoqi.at/media/download

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Spin-Strom aus Wärme: Neues Material für höhere Effizienz
20.11.2017 | Universität Bielefeld

nachricht cw-Wert wie ein Lkw: FH Aachen testet Weihnachtsbaum im Windkanal
20.11.2017 | FH Aachen

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: Transparente Beschichtung für Alltagsanwendungen

Sport- und Outdoorbekleidung, die Wasser und Schmutz abweist, oder Windschutzscheiben, an denen kein Wasser kondensiert – viele alltägliche Produkte können von stark wasserabweisenden Beschichtungen profitieren. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) haben Forscher um Dr. Bastian E. Rapp einen Werkstoff für solche Beschichtungen entwickelt, der sowohl transparent als auch abriebfest ist: „Fluoropor“, einen fluorierten Polymerschaum mit durchgehender Nano-/Mikrostruktur. Sie stellen ihn in Nature Scientific Reports vor. (DOI: 10.1038/s41598-017-15287-8)

In der Natur ist das Phänomen vor allem bei Lotuspflanzen bekannt: Wassertropfen perlen von der Blattoberfläche einfach ab. Diesen Lotuseffekt ahmen...

Im Focus: Ultrakalte chemische Prozesse: Physikern gelingt beispiellose Vermessung auf Quantenniveau

Wissenschaftler um den Ulmer Physikprofessor Johannes Hecker Denschlag haben chemische Prozesse mit einer beispiellosen Auflösung auf Quantenniveau vermessen. Bei ihrer wissenschaftlichen Arbeit kombinierten die Forscher Theorie und Experiment und können so erstmals die Produktzustandsverteilung über alle Quantenzustände hinweg - unmittelbar nach der Molekülbildung - nachvollziehen. Die Forscher haben ihre Erkenntnisse in der renommierten Fachzeitschrift "Science" publiziert. Durch die Ergebnisse wird ein tieferes Verständnis zunehmend komplexer chemischer Reaktionen möglich, das zukünftig genutzt werden kann, um Reaktionsprozesse auf Quantenniveau zu steuern.

Einer deutsch-amerikanischen Forschergruppe ist es gelungen, chemische Prozesse mit einer nie dagewesenen Auflösung auf Quantenniveau zu vermessen. Dadurch...

Im Focus: Leoniden 2017: Sternschnuppen im Anflug?

Gemeinsame Pressemitteilung der Vereinigung der Sternfreunde und des Hauses der Astronomie in Heidelberg

Die Sternschnuppen der Leoniden sind in diesem Jahr gut zu beobachten, da kein Mondlicht stört. Experten sagen für die Nächte vom 16. auf den 17. und vom 17....

Im Focus: «Kosmische Schlange» lässt die Struktur von fernen Galaxien erkennen

Die Entstehung von Sternen in fernen Galaxien ist noch weitgehend unerforscht. Astronomen der Universität Genf konnten nun erstmals ein sechs Milliarden Lichtjahre entferntes Sternensystem genauer beobachten – und damit frühere Simulationen der Universität Zürich stützen. Ein spezieller Effekt ermöglicht mehrfach reflektierte Bilder, die sich wie eine Schlange durch den Kosmos ziehen.

Heute wissen Astronomen ziemlich genau, wie sich Sterne in der jüngsten kosmischen Vergangenheit gebildet haben. Aber gelten diese Gesetzmässigkeiten auch für...

Im Focus: A “cosmic snake” reveals the structure of remote galaxies

The formation of stars in distant galaxies is still largely unexplored. For the first time, astron-omers at the University of Geneva have now been able to closely observe a star system six billion light-years away. In doing so, they are confirming earlier simulations made by the University of Zurich. One special effect is made possible by the multiple reflections of images that run through the cosmos like a snake.

Today, astronomers have a pretty accurate idea of how stars were formed in the recent cosmic past. But do these laws also apply to older galaxies? For around a...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

500 Kommunikatoren zu Gast in Braunschweig

20.11.2017 | Veranstaltungen

VDI-Expertenforum „Gefährdungsanalyse Trinkwasser"

20.11.2017 | Veranstaltungen

Technologievorsprung durch Textiltechnik

17.11.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Künstliche neuronale Netze: 5-Achs-Fräsbearbeitung lernt, sich selbst zu optimieren

20.11.2017 | Informationstechnologie

Tonmineral bewässert Erdmantel von innen

20.11.2017 | Geowissenschaften

Hemmung von microRNA-29 schützt vor Herzfibrosen

20.11.2017 | Biowissenschaften Chemie