Big Bang 7, Schulbuch

Fortgeschrittene Quantenmechanik 36 RG 7.2 G 7.2 Erweiterung Quantenphysik 93 36.4 „Beamen“ ist nicht Beamen Quantenteleportation Auf der Verschränkung von Quanten basiert zum Beispiel die Quantenteleportation, die man salopp auch als „Bea- men“ bezeichnet. Mit dem Beamen aus Star Trek hat das aber nur wenig beziehungsweise gar nichts zu tun. Man muss es ja zugeben: Beamen wäre eine wirklich phantastische Sache. Man löst sich an einem Ort auf und erscheint Sekundenbruchteile später an einer weit entfern- ten Stelle. Populär wurde diese Phantasietechnik Ende der 1960er durch die Serie Star Trek. Info: Beam me up, Scotty Im Jahre 1997 führte der österreichische Physiker A NTON Z EILINGER als erster ein Experiment durch, das man als Quan- tenteleportation und später auch als „Beamen“ bezeichnet hat. Dabei nutzte er Quanten-Verschränkungen aus, um die Polarisation von einem Photon auf ein anderes zu übertra- gen. Das „Quantenbeamen“ unterscheidet sich aber wesent- lich von der Phantasietechnik in Star Trek! Info: Gartenzaun Was bezeichnet man in der Quantenphysik als Verschränkung? Wie kann man verschränkte Photonen erzeugen? Lies nach in Kap. 36.3, S. 91! Was versteht man in Science-Fiction-Filmen unter Beamen? Was passiert dabei genau? Und hast du schon einmal etwas vom „Beamen“ von Quanten gehört? Was passiert dabei? F11 W1 F12 E1 Beam me up, Scotty Ende der 1960 er war es tricktechnisch nicht möglich, Raum- schiffe auf Planeten landen zu lassen. Deshalb erfand man für Star Trek das Kosten sparende Beamen. Bei dieser Phan- tasietechnik wird die Materie der Person aufgelöst, gemein- sam mit der Information über deren Zustand zum Zielort gestrahlt (eng. „beam“ = Strahl) und dort wieder zusam- mengesetzt. Es wird also Information und Materie transpor- tiert, beim „Quantenbeamen“ aber nur Information . Das ist einer der großen Unterschiede ( F12 )! i Abb. 36.23: Beamen à la Star Trek: Captain Kirk wird in nicht zusam- menhängende Materie aufgelöst (a), zum Zielort gestrahlt (b) und dort wieder rekonstruiert (c; siehe auch Abb. 33.34, S. 65). Halten wir uns an die international gängigen Bezeichnun- gen und nennen wir den Sender Alice und den Empfänger Bob. Um die Polarisation zu teleportieren, benötigen wir drei Photonen (Abb. 36.27, S. 94). Zunächst erzeugt man ein verschränktes Photonenpaar mit unbestimmter – aber auf- einander normaler – Polarisation: Teilchen 2 bleibt bei Alice, 3 wird zu Bob geschickt. Die Polarisation von Photon 1 muss nicht bekannt sein. Damit du aber das Prinzip verstehst, nehmen wir als Beispiel eine horizontale Polarisation an. Wenn Alice nun Photon 1 und 2 miteinander verschränkt, dann passiert Folgendes (b): Die Polarisation von 1 und 2 muss – wegen der Verschränkung – immer aufeinander Gartenzaun Licht ist eine Transversalwelle (Kap. 19.2, „Big Bang 6“), weil magnetischer und elektrischer Feldvektor quer zur Ausbrei- tungsrichtung schwingen (Abb. 28.11, S. 17). Um zu verein- fachen, sehen wir uns nur das elektrische Feld an. Normales Licht ist unpolarisiert. Der elektrische Feldvektor schwingt in beliebigen Richtungen quer zur Ausbreitungsrichtung (Abb. 36.24 a). Bei polarisiertem Licht schwingt der Feld- vektor nur in einer Richtung (b; siehe auch Kap. 29.4, S. 24). Polarisiertes Licht kann man mit Hilfe eines Polfilters aus unpolarisiertem Licht erzeugen. Geht das Licht durch einen zweiten, parallel orientierten Filter, passiert nichts (Abb. 36.25 a). Steht der zweite Filter quer (b), dann wird das Licht ausgelöscht. Das gilt auch für einzelne Photonen. Bei Zwischenstellungen findet, je nach Stärke der Drehung, eine Abschwächung des Lichts statt. Für ein einzelnes Photon kann man eine Wahrscheinlichkeit angeben, mit der es durchkommt oder nicht. i Abb. 36.24: Unpola- risiertes und polarisiertes Licht und Analo- gie mit dem „Garten- zaunmodell“ Abb. 36.25: Verhältnisse bei zwei Polfiltern und Analogie mit dem „Gartenzaunmodell“ Nur zu Prüfzwecken – Eigentu des Verlags öbv