Verschänkung

Verschränkung bezeichnet in der Quantenmechanik einen Zustand zweier oder mehrerer Teilchen, bei dem der Gesamtsystemzustand nicht als Produkt der Zustände der Einzelteile beschrieben werden kann. Stattdessen ist der Zustand durch eine gemeinsame Wellenfunktion oder einen gemeinsamen Dichteoperator gekennzeichnet, dessen Beschreibung nicht auf die einzelnen Teilzustände reduziert werden kann. Messungen an einem Teil des Systems ergeben statistische Ergebnisse, die mit denen des anderen Teils korreliert sind, auch wenn räumlich entfernte Teile betrachtet werden. Die dabei auftretenden Korrelationen lassen sich nicht durch klassische, lokale Erklärungen abbilden.

Der Begriff verschränkung geht auf Schrödinger zurück, der sie als charakteristisches Merkmal der Quantenmechanik bezeichnete. Im Jahr 1935 diskutierten Einstein, Podolsky und Rosen (EPR) ein Paradoxon, das die Vollständigkeit der Quantenmechanik in Frage stellte. 1964 zeigte Bell, dass lokale Realismus durch Quantenmechanik verletzt wird. In fortlaufenden Experimenten, unter anderem von Aspect und Mitarbeitern, wurden Quantenkorrelationen beobachtet; neuere Versuche berücksichtigen oft potenzielle Öffnungen (Loopholes) und liefern robuste Belege für die Verschränkung.

Besonderes Augenmerk liegt auf bipartiter Verschränkung, die sich gut theoretisch und experimentell untersuchen lässt (Beispiele sind Bell-Zustände). Allgemein kann ein zusammengesetztes System in verschränkten Zuständen vorliegen, deren Teilsysteme allein durch gemischte Zustände beschrieben werden. Entanglement führt zu nichtklassischen Korrelationen, die durch kommunale Erklärungen nicht zugänglich sind.

Anwendungen finden sich in der Quantenkommunikation (quantensichere Schlüsselverteilung, Teleportation, dichtes Codieren), im Quantencomputing und in der Metrologie. Entanglement dient als Ressource, die durch lokale Operationen und klassische Kommunikation nicht einfach erzeugt oder verloren gehen darf. Es ist kein Mittel für die Übertragung von Informationen schneller als Licht, sondern eine Quelle starker, nichtklassischer Korrelationen.