Die Physiker Alain Aspect, John Clauser und Anton Zeilinger erhielten dieses Jahr den Physik-Nobelpreis „für Experimente mit verschränkten Photonen, Nachweise der Verletzung der Bell’schen Ungleichung und Pionierarbeiten auf dem Gebiet der Quanteninformation“ – aber was bedeutet das überhaupt?
Die drei Männer beschäftigen sich mit den allerkleinsten Teilchen, aus denen unsere Welt zusammengesetzt ist, den „Quanten“. Diese kleinen Teilchen wurden erst vor gut 100 Jahren entdeckt, denn man kann sie nicht einmal mit einer Lupe sehen. Sie sind so klein, dass sie sich nicht an die gleichen Regeln halten wie alles, was du anfassen kannst. Manchmal fliegen sie zum Beispiel einfach durch Wände hindurch. Aber alles auf der Welt und im Universum besteht aus diesen Teilchen, selbst Licht. Deshalb arbeiten Physiker:innen seit der Entdeckung an neuen Regeln, die auch das komischste Verhalten von Quanten beschreiben. Manche Quanten wirken so, als hätten sie sich abgesprochen, obwohl sie ganz weit voneinander weg sind. Das nennt man „Quantenverschränkung“. Alain Aspect, John Clauser und Anton Zeilinger wollten unbedingt verstehen, ob die Quanten sich wirklich miteinander absprechen. Dazu haben sie ganz viele Experimente gemacht.
John Clauser hat sich Lichtteilchen angesehen, die sich treffen und dann in entgegengesetzte Richtungen davonfliegen. Diese Photonen sind zufällig ausgerichtet, zum Beispiel drehen sie sich nach rechts oder links. Mit einer Art Sieb, einem Filter, kann man sie je nach ihrer Ausrichtung abfangen oder durchlassen. Clauser hat nun am Ende der Flugbahn jedes Lichtteilchens den gleichen Filter eingebaut. So hat er beobachtet, ob das zweite Teilchen durchkommt, wenn es dem ersten gelingt. In den meisten Fällen sind entweder keine Teilchen durchgekommen oder beide. Daraus schloss Clauser, dass die beiden Teilchen sich absprechen, in welche Richtung sie sich drehen wollen.
Alain Aspect hat ein ähnliches Experiment gemacht. Er fand aber, dass schon der Filter selbst die Beobachtung beeinflusst. Deshalb hat Aspect in seinem Versuch die Filter immer wieder zufällig verändert. Trotz dieser zufälligen Veränderungen beobachtete auch er eine Art geheime Absprache zwischen den Teilchen, obwohl die ja nicht wissen konnten, wie der Filter aussehen würde. Die Teilchen sind also sozusagen gedanklich miteinander verbunden – es gab keine Zweifel mehr an der Verschränkung der Lichtquanten.
Nun überlegte sich Anton Zeilinger, wie wir Menschen diese geheime Absprache für uns nutzen könnten. Er wollte die Informationen eines Teilchenpaares gezielt auf ein anderes Teilchen übertragen. Dazu musste Zeilinger ein Treffen zwischen einem der beiden ursprünglichen Teilchen und dem dritten Teilchen herbeiführen, damit das dritte Teilchen die Informationen aus der geheimen Absprache des Paares bekommt. Dabei verliert das ursprüngliche Paar seine gedankliche Verbindung, denn ein Teilchen kann immer nur mit einem einzelnen anderen Teilchen die Verbindung halten – Gedanken lesen ist nämlich ganz schön anstrengend! So können Informationen von Teilchen zu Teilchen über weite Strecken verschickt werden. Das ist spannend für alle, die geheime Informationen sicher übertragen wollen.
