Verschränkung prüfen: Was Bell-Experimente tatsächlich ausschließen

Eine Grenze für bestimmte klassische Erklärungen

Zwei Messgeräte können ähnliche Ergebnisse liefern, weil beide auf eine gemeinsame Ursache reagieren. Auch für verschränkte Teilchen war lange die Frage entscheidend, ob ihre Korrelationen durch vorher vorhandene lokale Eigenschaften erklärbar wären. John Bell formulierte Ungleichungen, die solche Modelle unter bestimmten Voraussetzungen erfüllen müssen. Die Quantenmechanik sagt für geeignete Zustände und Messrichtungen dagegen Verletzungen dieser Grenzen voraus. Ein Bell-Test untersucht deshalb nicht bloß, ob zwei Ergebnisse häufig übereinstimmen. Er vergleicht statistische Zusammenhänge zwischen mehreren Kombinationen von Messeinstellungen. Die Aussage betrifft eine Klasse von Erklärungsmodellen und ihre Annahmen. Sie ist präziser als die verbreitete Formulierung, Teilchen würden sich gegenseitig augenblicklich Nachrichten senden. Gerade diese Präzision macht aus einer philosophisch wirkenden Frage ein klar definiertes experimentelles Forschungsprogramm mit überprüfbaren numerischen Vorhersagen.

Die Anordnung entscheidet über die Aussagekraft

In Experimenten mit verschränkten Photonen werden beispielsweise Polarisationen an räumlich getrennten Stationen gemessen. Aus vielen Ereignissen berechnen Forschende die relevanten Korrelationen. Dabei können unvollständige Detektion, die Auswahl registrierter Paare und mögliche Verbindungen zwischen den Messstationen die Interpretation beeinflussen. Historische Experimente und spätere Verbesserungen unterscheiden sich deshalb darin, welche Schlupflöcher sie kontrollieren. Die Verletzung einer Bell-Ungleichung ist nicht einfach eine Eigenschaft eines hübschen Diagramms; sie hängt von einem überzeugenden Versuchsaufbau und nachvollziehbarer Statistik ab. Messrichtungen müssen geeignet gewählt und Ereignisse nach vorab begründeten Regeln ausgewertet werden. Die 2022 ausgezeichneten Arbeiten stehen für die experimentelle Entwicklung dieses Feldes. Ihre Resultate stützen quantenmechanische Vorhersagen, ersetzen aber nicht die sorgfältige Prüfung der Voraussetzungen jeder einzelnen neuen Versuchsanordnung und ihrer Datenauswertung.

Starke Korrelation ist kein Nachrichtenkanal

Aus Verschränkung folgt keine Möglichkeit, am entfernten Messgerät nach Belieben ein bestimmtes Ergebnis einzustellen. Die lokalen Ergebnisse sind nicht als frei wählbare Nachricht nutzbar. Erst wenn die beteiligten Seiten ihre Aufzeichnungen über einen gewöhnlichen Kommunikationsweg vergleichen, werden die besonderen Korrelationen sichtbar. Das verhindert überlichtschnelle Informationsübertragung. Zugleich machen gerade diese nichtklassischen Zusammenhänge Verschränkung für Quanteninformation interessant. Wie zuverlässig sie erzeugt, verteilt und nachgewiesen werden kann, ist eine eigenständige technische Frage. Etabliert sind die experimentell beobachteten Verletzungen von Bell-Ungleichungen in geeigneten Systemen. Nicht jede angekündigte Anwendung ist deshalb bereits alltagstauglich oder automatisch sicher. Praktische Geräte besitzen Verluste, Störquellen und zusätzliche Annahmen. Die grundlegende Erkenntnis und die Bewertung eines konkreten Kommunikations- oder Messsystems müssen deshalb sauber voneinander getrennt bleiben.

Weiter entdecken

• Tauchende Messbojen: Wie Argo den Ozean von innen beobachtet
• Mehr als Temperatur: Wie Messbojen biogeochemische Prozesse erfassen
• Nahrung aus chemischer Energie: Wie Tiefsee-Lebensgemeinschaften funktionieren