Verschränkung

Verschränkung bezeichnet in der Quantenmechanik einen Zustand, in dem die Gesamtinformation über zwei oder mehr Teilchen nicht durch die Zustände der einzelnen Teilchen allein beschrieben werden kann. In einem verschränkten Zustand lassen sich die Eigenschaften der Teilchen nicht separat festlegen; das System besitzt eine gemeinsame Zustandsbeschreibung, die sich nicht als Produkt der Einzelzustände darstellen lässt. Messungen an einem Teilchen beeinflussen die Wahrscheinlichkeiten der Messresultate des anderen, auch wenn die Teilchen räumlich weit voneinander entfernt sind. Solche Korrelationen lassen sich nicht durch lokale Gegebenheiten erklären und widersprechen dem Konzept lokaler Realismus.

Historisch war das Phänomen Gegenstand der Debatte um die Vollständigkeit der Quantenmechanik. 1935 stellten Einstein, Podolsky und Rosen das EPR-Argument auf, das behauptete, QM sei unvollständig. Schrödinger prägte den Begriff Verschränkung. 1964 zeigte Bell, dass lokale verborgene Variablen die Quantenkorrelationen nicht vollständig erklären können. Experimente seit den 1980ern, insbesondere unter Schließung von Loopholes, bestätigen die Vorhersagen der Quantenmechanik und belegen Verschränkung.

Physikalische Realisierung und Merkmale: Verschränkung tritt in diversen Systemen auf, etwa Photonen, Ionen, Neutralatome oder supraleitende Qubits. Übliche Erzeugungsmethoden umfassen Spontanparametrische Down-Conversion, Kopplung in der Cavity-QED oder kontrollierte Wechselwirkungen in Ionenfallen. Verschränkte Zustände werden oft durch Bell-Zustände oder GHZ-/W-Zustände dargestellt. Die Stärke der Verschränkung wird durch Maße wie Entanglemententropie, Concurrence und Negativität quantifiziert.

Anwendungen: Verschränkung ist eine zentrale Ressource in der Quanteninformation: Quanten-Teleportation, superdichte Kodierung, Quantencomputing und hochpräzise Messungen (Quantenmetrologie) profitieren davon. Obwohl Messungen zufällige Ergebnisse liefern, bleiben die Korrelationen nicht-signaling; keine Information wird dadurch schneller als Licht übertragen. Fortschritte in der Dekohärenzarmut und der Fehlerkorrektur verbessern die praktische Nutzbarkeit von Verschränkung in technischen Systemen.