Entdeckung einer neuen Form von Quantenverschränkung, eine Premiere seit 20 Jahren ⚛️

Die Quantenverschränkung, ein Phänomen, das von Einstein, Podolsky und Rosen im Jahr 1935 untersucht wurde, stellt unser klassisches Verständnis der Physik auf die Probe. Sie ermöglicht es zwei Teilchen, unabhängig von der Entfernung zwischen ihnen verbunden zu bleiben, ohne dass ein sichtbarer Informationsaustausch stattfindet. Diese Eigenschaft, die Einstein als "spukhafte Fernwirkung" bezeichnete, steht heute im Mittelpunkt der Quantentechnologien.


Photonen, die Lichtteilchen, können eine Quantenverschränkung in Bezug auf verschiedene Eigenschaften wie ihre Frequenz oder Polarisation aufweisen. In Strukturen, die kleiner sind als ihre Wellenlänge, verschmelzen diese Eigenschaften jedoch zu einer einzigen: dem Gesamtdrehimpuls. Diese Entdeckung ebnet den Weg für neue Anwendungen in der Nanophotonik.

Das Team des Technion unter der Leitung von Amit Kam und Shai Tsesses hat seine Ergebnisse in Nature veröffentlicht. Es gelang ihnen, Photonen in nanometergroßen Systemen nicht durch ihre üblichen Eigenschaften, sondern durch ihren Gesamtdrehimpuls zu verschränken. Diese Verschränkung wurde durch eine Reihe präziser Messungen bestätigt.

Diese Entdeckung ist die erste neue Form von Quantenverschränkung, die seit mehr als zwanzig Jahren identifiziert wurde. Sie könnte die Entwicklung kompakterer und effizienterer Quantenkomponenten ermöglichen, die für zukünftige Quantenkommunikations- und Quantencomputing-Technologien entscheidend sind.

Die Forscher haben auch die Quantenzustände der Photonen in diesen nanometergroßen Systemen kartiert. Diese Kartierung ist entscheidend, um das Potenzial dieser neuen Form der Verschränkung für technologische Anwendungen vollständig zu verstehen und auszuschöpfen.

Was ist Quantenverschränkung?

Quantenverschränkung ist ein Phänomen, bei dem zwei Teilchen so eng miteinander verbunden werden, dass der Zustand des einen den des anderen instantan beeinflusst, unabhängig von der Entfernung zwischen ihnen. Dieses Konzept, das ursprünglich von Einstein kritisiert wurde, ist heute ein Grundpfeiler der Quantenphysik.

Im Gegensatz zu klassischen Wechselwirkungen erfordert die Verschränkung keine vermittelnde Kraft oder ein Feld. Sie beruht auf den probabilistischen Gesetzen der Quantenmechanik und bietet bisher ungenutzte Möglichkeiten für die Technologie.

Die Entdeckung neuer Formen der Verschränkung, wie die des Gesamtdrehimpulses, erweitert das Feld der potenziellen Anwendungen weiter, insbesondere bei der Miniaturisierung von Quantengeräten.