Claudia schickt ein Geschenk an Thomas. Halt! Warten Sie.. Thomas schickt eins zu Claudia. Aber eigentlich schicken sie sich gegenseitig eins zur selben Zeit. Ein neues Experiment zeigt, wie konfus das gegenseitige Schenken sein kann, wenn man die Quantenmechanik benutzt, um die Kausalität auszutricksen.

Sie können vom Doppelspalt-Experiment gehört haben. Im Doppelspaltexperiment wird ein Quantenteilchen – etwa ein Lichtteilchen, ein Elektron oder ein Atom – auf eine Platte mit zwei Schlitzen geschossen. Erstaunlicherweise zeigt sich, dass das Teilchen durch beide Schlitze gleichzeitig dringt und sich dahinter wellenartig mit sich selbst überlagert. Dadurch entsteht hinter den Schlitzen ein Wellenmuster, das sich nur durch die Annahme erklären lässt, dass das Teilchen zwei verschiedene Wege gleichzeitig zurückgelegt hat. Es liegt in einer Überlagerung des Zustandes „rechts“ und des Zustandes „links“ vor.

Es ist komisch und schwierig den eigenen Kopf herumzuwickeln, aber jetzt hat ein Team an der Universität Wien in Österreich eine andere Art des Experiments durchgeführt, das noch verstands-biegender ist, denn es setzt die Reihenfolge von Ereignissen in eine Superposition.

Normalerweise sagen wir, dass Event A vor Event B passiert, oder umgekehrt, aber Giulia Rubino und ihre Kollegen haben eine Situation geschaffen in der scheinbar widersprüchliche Szenarien in einer Überlagerung bestehen.

„Wenn man die Quantenmechanik und kausale Beziehungen zusammensetzt, dann entsteht eine Situation, in der es keine vordefinierte kausale Ordnung gibt. Es ist unlogisch!“ – erklärte sie

Wo ist der Beginn? Es ist schwer zu sagen…

Claudia und Thomas können beide zusammen den Quantenzustand eines Photons verändern durch die Herstellung von anderen Ergebnissen, abhängig von der Reihenfolge, wie Sie handeln. Jedoch, wenn der Zustand des Photons sich in einer Superposition befindet, ist es unmöglich vorherzusagen, wer der Erste war.

Ihr Experiment erfolgt durch Zusendung eines Photons durch zwei Sammlungen von optischen Geräten, gekennzeichnet als Claudia und Thomas. Diese Geräte verwandeln den Quantenzustand des Photons auf unterschiedliche Weise, wenn es sie passiert, so dass der Weg von Claudia zu Thomas ein anderes Ergebnis erzeugt, als der Weg von Thomas zu Claudia.

„Die Tatsache, dass A vor B angelegt wird, oder B vor A aufgebracht wird, verändert tatsächlich die Ergebnisse!“ – erklärt Rubino

Um sich das Bild besser vorzustellen, stellen Sie sich das Photon als ein Geschenk vor, das für einen Dritten bestimmt ist. Claudia liebt es Geschenke zu verpacken, während Thomas ein einfaches Band herumwickelt. Wenn Claudia anfängt, dann verpackt sie das Geschenk und gibt es Thomas, der eine Schleife herumwickelt. Wenn Thomas anfängt, dann bindet er eine Schleife herum, die dann durch die Tätigkeiten von Claudia verhüllt wird. Also, ob Thomas oder Claudia anfängt, führt zu unterschiedlichen Ergebnissen. Doch für ein Photon sind die Dinge doch ein bisschen komplizierter. Wie Claudia und Thomas verschiedene Handlungen mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit durchführen können, so gibt es mehr als zwei mögliche Ergebnisse.

Wer ist zuerst?

Im Experiment bestimmte eine Art von Quanten-Schalter-Steuerungen den Pfad des Photons und damit auch die Reihenfolge wie Claudia und Thomas handeln. Um Chaos mit Kausalität zu mischen, legten sie einen Schalter, der sich selbst in einer Überlagerung befand, so dass in gewisser Weise beide zuerst handelten.

Natürlich, es ist nicht das, was wirklich passierte, genauso wie das Photon im Doppelspaltexperiment nicht auf einmal durch beide Schlitze gehen kann. Nur leider besitzen wir nicht die Sprache, um die wirklich seltsame Natur des Quanten-Reichs zu beschreiben, die unter unserer Realität sprudelt.

„Die Zeit selbst könnte in diesen Situationen nicht definiert werden. Die ganze Verwirrung mit der Quantenmechanik ist eine Art Fremdheit, etwas, das nicht nur mit unserer makroskopischen, klassischen Erfahrungen nicht übereinstimmt.“ – sagte das Teammitglied Mateus Araújo

Was ist Realität? Keinesfalls…

„Wir pushen wirklich die Mysterien und Verwirrungen der Quantenphysik ans absolute Limit! Wir haben kein gutes Bild von dem, was Realität ist.“ – sagt Matty Hoban von der University of Oxford

Aber das Experiment ist nicht nur ein “Quantum Partytrick”. Wir wissen bereits, dass uns die Verwirrung der Kausalität theoretisch bei manchen Arten von Quantenkommunikation, Berechnung oder bestimmte Probleme zu lösen helfen kann. Das Team möchte in Zukunft viele Experimente durchführen, die sich auf das praktische Alltagsleben der Menschen beziehen.

(Journal reference: arxiv.org/abs/1608.01683)

– DENKE-ANDERS-BLOG –