Wiener Quantenphysiker konnten„spukhafte Fernwirkung“ vollständig nachweisen - BILD

(ots) - In einer internationalen Zusammenarbeit rund um
Quantenphysiker Anton Zeilinger gelang es Quantenforscher/inne/n der
Gruppe Quantenoptik, Quantennanophysik und Quanteninformation der
Fakultät für Physik an der Universität Wien und des Instituts für
Quantenoptik und Quanteninformation (IQOQI) Wien der Österreichischen
Akademie der Wissenschaften (ÖAW), die von Albert Einstein einst als
„spukhafte Fernwirkung“ bezeichnete Verschränkung von Teilchen
erstmals vollständig nachzuweisen. Darüber berichten die
Forscher/innen in einer Veröffentlichung auf der Open
Access-Plattform arXiv.org, die zeitgleich auch beim Fachblatt
„Physical Review Letters“ eingereicht wurde.

Bei der „spukhaften Fernwirkung“ handelt es sich um ein Phänomen
der Verknüpfung von kleinsten Teilchen mit Besonderheiten, die mit
unserer alltäglichen Weltanschauung nur schwer in Einklang zu bringen
sind: Einerseits haben Messungen an einem der Teilchen sofortige
Wirkungen auf das andere Teilchen, selbst wenn die beiden weit
voneinander entfernt sind, wodurch es zu stark korrelierten
Messergebnissen kommt. Andererseits sind, gemäß der Quantentheorie,
die gemessenen Eigenschaften der Teilchen bis zu ihrer Messung
unbestimmt.

Bereits 1964 hatte der Physiker John Bell einen Vorschlag
formuliert, wie sich diese Fernwirkung experimentell überprüfen
lasse. Bei allen bisherigen Experimenten zur Quantenverschränkung
blieben aber stets noch Schlupflöcher, sogenannte „loopholes“,
bestehen. Nun aber gelang es Forscher/inne/n von Universität Wien und
ÖAW diese „loopholes“ mit einer speziellen Versuchsreihe im Keller
der Wiener Hofburg zu schließen. Die Erbringung dieses
quantenmechanischen Mosaiksteins konnte damit in Wien und bei einem
zeitgleich vom US-amerikanischen National Institute of Standards and
Technology (NIST) durchgeführten Experiment erreicht werden (siehe:

http://www.nist.gov/pml/div686/20151105loophole.cfm).

Bei ihrem Experiment in einem Kellergang der Wiener Hofburg gingen
die Forscher/innen folgendermaßen vor: Zunächst wurden Photonen
paarweise erzeugt und in einem speziellen Aufbau miteinander
verschränkt. Anschließend wurden die beiden Lichtteilchen getrennt,
um sie in optischen Glasfasern zu zwei, jeweils 30 Meter entfernten
Messstationen zu schicken. Während die Photonen auf dem Weg zu den
Messstationen waren, wählte ein Zufallsgenerator die Ausrichtung zur
Messung der Polarisation, also der Richtung ihrer Schwingung.
Schließlich wiesen neuartige hochempfindliche supraleitende
Detektoren die Photonen bei den Messstationen nach.

Durch die spezielle räumliche Ausrichtung und den zeitlichen
Ablauf der einzelnen experimentellen Schritte konnten die
Forscher/innen in Wien die drei wichtigsten Schlupflöcher in einem
Experiment schließen: Zum einen ist es durch die räumliche Trennung
der beiden Messstationen unmöglich, dass sich die Messapparate durch
Kommunikation, deren Geschwindigkeit durch die Lichtgeschwindigkeit
limitiert ist, gegenseitig „absprechen“ können, um so die starke
Korrelation der Messergebnisse zu erzeugen. Zum anderen wurde die
Wahl der Messeinstellung von einem Zufallsgenerator getroffen und
zeitlich so arrangiert, dass Unabhängigkeit gewährleistet werden
kann. Und schließlich wurde mithilfe der hochempfindlichen
Photonendetektoren und einer hocheffizienten Quelle der verschränkten
Teilchen sichergestellt, dass ein repräsentativer Teil aller
erzeugten Teilchen auch nachgewiesen werden konnte.

„Ein Experiment ohne Schlupflöcher ist gleichzeitig die
Bestätigung, dass Quantenkryptographie wirklich abhörsicher sein
kann“, sagt Quantenphysiker Anton Zeilinger: „Unser Experiment war
eine experimentelle tour de force über mehrere Jahre. Das Resultat
war nur möglich, weil das Experiment mehrere Komponenten
zusammenbringt, die den besten Stand der technologischen Entwicklung
repräsentieren.“

Neben den Forscher/inne/n von Universität Wien und ÖAW waren auch
Wissenschaftler/innen folgender Institutionen an dem Experiment
beteiligt: Max-Planck-Institut für Quantenoptik, Garching bei
München, Institutionen för Systemteknik der Universität Linköping,
ICFO – Institut de Ciencies Fotoniques, Barcelona, ICREA -
Institución Catalana de Investigación y Estudios Avanzados,
Barcelona, Physikalisch-Technische Bundesanstalt, Berlin, NIST -
National Institute for Standards and Technology, Boulder/Colorado.

Die Forschungsarbeit wurde unterstützt von: European Research
Council, FWF - Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung
und Österreichische Akademie der Wissenschaften.

Zwtl.: PUBLIKATION

Marissa Giustina, Marijn A. M. Versteegh, Sören Wengerowsky,
Johannes Handsteiner, Armin Hochrainer, Kevin Phelan, Fabian
Steinlechner, Johannes Koer, Jan-Ake Larsson, Carlos Abellán, C
Amaya, Valerio Pruneri, Morgan W. Mitchell, Jörn Beyer, Thomas
Gerrits, Adriana E. Lita, Lynden K. Shalm, Sae Woo Nam, Thomas
Scheidl, Rupert Ursin, Bernhard Wittmann, Anton Zeilinger (2015).

A significant-loophole-free test of Bell's theorem with entangled
photons. arXiv:1511.03190

Link zur Publikation: http://arxiv.org/abs/1511.03190

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Wissenschaftlicher Kontakt
Anton Zeilinger
Institut für Quantenoptik und Quanteninformation (IQOQI) Wien
Österreichische Akademie der Wissenschaften
und Quantenoptik, Quantennanophysik und Quanteninformation
Universität Wien, Fakultät für Physik
Boltzmanngasse 3, 1090 Wien
Tel.: +43 1 4277-51201
anton.zeilinger(at)univie.ac.at

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Datum: 12.11.2015 - 13:41 Uhr
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