Kvantentanglement

Kvantentanglement, auch Quantenverschränkung, bezeichnet einen Zustand mehrerer Teilchen, bei dem das gemeinsame System nicht als Produkt einzelner Zustände beschrieben werden kann. Die Teilchen teilen eine gemeinsame Wellenfunktion, deren Auslesen der Teilzustände nicht durch lokale Eigenschaften der einzelnen Teilchen bestimmt wird. Typische Beispiele sind Bell-Zustände, wie ein Paar Photonen, das in einem Zustand liegt, der Koherenz zwischen den Zuständen 00 und 11 herstellt.

Wenn man eines der Teilchen misst, ergeben sich Korrelationen, die auch über große Entfernungen hinweg bestehen bleiben. Diese Korrelationen lassen sich durch klassische lokale verborgene Variablen nicht vollständig erklären. Die EPR-Paradoxie (Einstein-Podolsky-Rodlowsky) stellte die Frage nach der Vollständigkeit der Quantenmechanik, während Bell'sche Ungleichungen zeigten, dass solche lokalen Erklärungen unmöglich sind. In zahlreichen Experimenten wurden Entanglement-Zustände erzeugt und gemessen; moderne Tests haben auch Loopholes geschlossen, sodass die Ergebnisse die Vorannahmen lokalen Realismus stark einschränken.

Anwendungen der Verschränkung finden sich in der Quantenkommunikation und Quanteninformatik. Beispiele sind Quanten-Teleportation, Superdense Coding und Quantenkryptografie (QKD). In Quantencomputern dient Entanglement als Ressource für parallele Verarbeitung und spezialisierte Algorithmen. Entanglement ist jedoch empfindlich gegenüber Umwelteinflüssen; Wechselwirkungen mit der Umgebung führen zur Dekohärenz, wodurch die Verschränkung verschwindet.

Mehrteilige Entanglementzustände existieren in vielen Formen und Größen und bleiben Gegenstand aktiver Forschung, sowohl grundlegend als auch für technische Anwendungen.