Verschränkung
 

Folgende Anfänger-Fragen:
1. wie wird bei Experimenten zur Verschränkung gemessen? Die verschränkten Photonen mit derselben Meßvorrichtung? Dann wäre es doch klar, warum sich beide Photonen simultan verhalten.
2. Es heißt, zwei Photonen verhalten sich simultan auch über Lichtjahre an Entfernung hinweg. Wie kann man zwei Photonen verschränken, die soweit weg sind und woher weiß man, daß sie sich simultan verhalten?

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Die Verschränkung erfolgt bei der Erzeugung zweier Photonen am selben Ort. Die Messung erfolgt in einer beliebigen Distanz in unterschiedlichen Meßvorrichtungen.

Verschränkung zeigt sich über eine Korrelation; du beobachtest Photonen in dem gleichen Abstand x rechts und links von der Quelle simultan zu bestimmten Zeitpunkten. Liegen unverschränkte Photonen vor, so beobachtest du zu jedem Zeitpunkt Zufallsergebnisse auf beiden Seiten. Sind die Photonen aber verschränkt, so hängen die Ergebnisse rechts und links zu jedem Zeitpunkt miteinander zusammen, z.B. du beobachtest zu jedem Zeitpunkt rechts und links dasselbe.


Verschränkte Photonen werden bereits zum Zeitpunkt ihrer Erzeugung miteinander verschränkt, z.B. über Erzeugung in einem Kristall, siehe z.B.
http://www.didaktik.physik.uni-erlan...gen/index.html

2 miteinander verschränkte Photonen werden beispielsweise auch beim Zerfall des neutralen Pi-Mesons in 2 Photonen erzeugt. Da das zefallende Pi-Meson keinen Spin hat, muss die Summe der Drehimpulse der beiden erzeugten Photonen aus Gründen der Drehimpulserhaltung immer Null ergeben. Das begründet deren Verschränkung: man misst rechts wie links immer entsprechend korrelierende Polarisationen.

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Wäre eine Formulierung 'zwei verschränkte Photonen bilden ein System' korrekt?


Wie ist das gemeint, 'Messung' oder doch 'Messungen' (Plural)?

a) eine Messung mit zwei Meßvorrichtungen?
Dann hätte man ein Meßsystem, das sich aus zwei Teilen zusammensetzt?

b) oder zwei Messungen mit zwei Meßvorrichtungen?
Dann hätte man zwei aufeinander folgende Messungen, wobei die erste der beiden Messungen die z.B. Polarisation des verschränkten Photonensystems bereits festlegt (oder feststellt?).

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Geht denn die Korrelation verloren, wenn nicht nicht zu gleichen Zeitpunkten gemessen wird?

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wie mißt man Photonen, die von Quasaren kommen, doch auch hier lokal, oder? Und handelt es sich dann nicht um ein Quantensystem? Dann wundert es doch nicht, daß beide simultan agieren, wo ist also der Spuk?

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Von Quasaren emittierte Photonen sind nicht verschränkt, falls du das meinst.

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Vielleicht nimmt er Bezug auf diesen oder einen ähnlichen Artikel:
https://www.spektrum.de/news/kosmisc...physik/1283053

*lustiges Informationen-Raten*, auch in diesem schei.. Artikel.

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ganz genau.

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Ja.

Zwei unabhängige Messungen mit zwei unabhängige Messvorrichtungen und Einstellungen. Die Messungen erfolgen nicht nacheinander sondern sind zueinander raumartig und können sich daher nicht kausal beeinflussen - das ist der Witz an der Sache.

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Dabei werden die Photonen aus den Quasaren nicht als verschränkte Paare betrachtet. Die Photonen aus den Quasaren werden als Zufallsgeneratoren verwendet, um die beiden Messvorrichtungen unabhängig und zufällig einzustellen; an diesen Messvorrichtungen werden andere verschränkte Photonpaare gemessen.

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Beim besprochenen Experiment ist nicht das Licht der Quasare verschränkt. Das Licht der Quasare wird nur als Zufallsgenerator verwendet. Die zwei Quasare sind so weit voneinander entfernt, dass wir davon ausgehen können, dass ihr Licht sicher nicht korreliert ist. Das Licht des ersten Quasars richtet den ersten Polarisationsfilter ein, und zwar bevor das Licht des zweiten Quasars dort ankommt. Umgekehrt stellt das Licht des zweiten Quasars richtet den zweiten Polarisationsfilter ein, ebenfalls bevor das Licht des ersten Quasars dort ankommt. Das Ganze wird so gemacht, dass vollkommen sicher gestellt ist, dass die zwei Polarisationsfilter irgendwie korreliert sind.

Niemand erwartet bei diesem Experiment eine Überraschung. Davor wurden die Filter einfach durch andere lokale Zufallsgeneratoren gerichtet. Theoretisch hätten diese Zufallsgeneratoren miteinander korreliert sein können. Denn während sie aufgestellt wurden, standen sie genug nahe beieinander, dass Signale hätten hin- und herfliegen können. Aber das war nur ein sehr theoretischer Einwand. Nun ist dieser Einwand widerlegt.

Niemand wundert sich darüber. Aber solche Versuche sind eben doch nötig. Denn die Natur benimmt sich ja manchmal anders als wir denken.

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was ist mit den Quasaren?

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Meinst du, dass deren Zustände ebenfalls korreliert sein könnten?

Um Kausalität geht es mir nicht.

Wenn die Messungen weder nacheinander noch gleichzeitig erfolgen und eine Zeit-Betrachtung insgesamt nicht sinnvoll oder möglich ist, dann scheint eine "Nicht-Zeitlichkeit" in der Nicht-Lokalität enthalten zu sein.

In dem Fall ist aber, imho, die Nicht-Determiniertheit raus.

Vielleicht ist das aber zu viel an Haarspalterei.

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was ich als Laie wissen will ist:
wenn ich zwei Photonen verschränke, egal woher sie kommen, dann konstruiere ich doch ein System. Wenn innerhalb dieses Systems die beiden Beteiligten instantan simultan agieren, wo soll dann der Spuk sein. Es ist so, als wenn ich in einem Netz an einem Knoten ziehe, dann verändert sich auch die Position eines anderen Knoten, der einiges entfernt ist. Verstehen würde ich das, wenn man das eine Photon hier läßt, das andere ins Auto packt und 100 km weit fährt und dann derselbe Effekt auftritt. Dann gäbe es kein System mehr. Dann wäre es Spuk.
Ich weiß, klingt laienhaft, sorry.

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Aber nicht instantan. Es dauert, bis der andere Knoten reagiert.

So ist es auch. Man erzeugt die verschränkten Photone an einem Ort. Dann lässt man diese aber los und vermisst sie an entfernten Orten.

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Ich denke, man muss das mal genauer diskutieren

Erzeugung des verschränkten Photonenpaares

Jedes Photon hat bzgl. einer willkürlich gewählten Achse zwei mögliche Spin- bzw. Polarisationsrichtungen. Nennen wir die Richtungen x und z. Die möglochen Zustände bzgl. x bzw. bezeichnen wir als |→> und |←> bzw. |↑> und |↓>.

Beide Photonen - vom selben Atom erzeugt - bilden insgs. ein System mit Gesamtspin Null, d.h.

|0> = |→←> + |←→> bzw.
|0> = |↑↓> + |↓↑>

Beide Zustände |0> sind tatsächlich identisch, d.h. die Wahl der Achse hat keine beobachtbaren Auswirkungen. Insbs. kann man in diesem Zustand weder dem eine Photon einen Spin und dem anderen den jeweils entgegengesetzten Spin zuschreiben, sondern immer nur die o.g. Kombination, noch kann man den Photonen den Spin bzgl. einer bestimmten Richtung zuordnen; diese ist physikalisch irrelevant (und mathematisch kann man die beiden Ausdrücke für |0> auswerten und findet, dass sie tatsächlich identisch sind, auch wenn man das der symbolischen Darstellung nicht ansieht).

Messung der Polarisationen

Nun führen wir aus Sicht des Laborsystems zeitgleich eine Messung der Polarisationen durch. Beide Messgeräte stehen in einem gewissen Abstand - z.B. einige Kilometer - und können nicht miteinander kommunizieren. Vor der jeder einzelnen Messung legt man im Labor zufällig eine Achse (A) fest, bzgl. der gemessen wird, und kommuniziert diese an die beiden Messgeräte. Man findet dann an den beiden Messgeräten (1) und (2) jeweils eine zufällige Folge von Messergebnissen:

A) x z x x z x x z z x
1) → ↑ → → ↓ → ← ↑ ↓ ←
2) ← ↓ ← ← ↑ ← → ↓ ↑ →

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ok, besten Dank, dann hab ichs jetzt verstanden. Wenn es keine Verbindungen gibt, ist es wirklich spooky.

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... aber nur dann, wenn man berücksichtigt, dass die Spinzustände der Photonen bei ihrer Erzeugung auch wirklich noch nicht feststehen.

Ansonsten ist man bei Gell-Manns Interpretation von an Bertelmanns Socken:
https://www.zeit.de/2001/03/Von_den_...omplettansicht

Ich denke, Gell-Mann argumentierte hier im Kontext der VWI, und da ist sowieso nichts spooky, da der nichtlokale Kollaps nicht benötigt wird.

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zu Gell-Manns Text ( aus seinem Buch "The Quark and the Jaguar" (1994)):


The principal distortion disseminated ... is the implication, or even the explicit claim, that measuring the polarization, circular or plane, of one of the [EPRB] photons somehow affects the other photon. In fact, the measurement does not cause any physical effect to propagate from one photon to the other. ...If on one branch of history, the plane polarization of one photon is measured and thereby specified with certainty, then on the same branch of history the circular polarization of the other photon is also specified with certainty. On a different branch of history the circular polarization of one of the photons may be measured, in which case the circular polarization of both photons is specified with certainty. On each branch, the situation is like that of Bertlmann's socks, described by John Bell... Bertlmann... always wears one pink and one green sock. If you see just one... you know immediately the other... Yet no signal is propogated... Likewise no signal passes from one photon to the other in the experiment that confirms quantum mechanics. No action at a distance takes place.

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Gell-Mann argumentiert aus Sicht der Consistent Histories.

Grundsätzlich ist es richtig, dass da nichts spooky ist - aber erst nach langem Nachdenken ;-)

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Ich glaube, "Consistent Histories" ist so eine Art Weiterentwicklung der VWI, oder zumindest "verwandt" damit!? Gell-Mann war ja auch auf dem Gebiet aktiv.

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Du schägst vor, im gleichen Abstand von der Quelle, aber zu unterschiedlichen Zeiten zu messen?
Dann erwischt du ja nicht miteinander verschränkte Photonen, also keine Korrelation. Habe ich die Frage richtig verstanden?

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Ich sehe es eher als Weiterentwicklung von “Kopenhagen”.

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Ja, so wird dieser Ansatz i.d.R. klassifiziert.
Wenn ich aber andererseits lese
Es gibt also "Familien von Historien"; das erinnert (mich zumindest) schon etwas an die Verzweigungen in Everetts Viele Welten.


Aber es ist ein anspruchsvolles Thema; ich hatte gestern etwas recherchiert, aber nur Kopfschmerzen bekommen davon. Dieser Ansatz hat ja einen viel ambitionierteren Anspruch als Kopenhagen oder VWI.

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Ich sollte die Quelle angeben:
MacKinnon, Edward (2009) The Consistent Histories Interpretation of Quantum Mechanics
http://philsci-archive.pitt.edu/4549/

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Konkreter, ich messe zum Zeitpunkt t1 beim Teilchen T1 Spin up. Damit ist bei T2 Spin down festgelegt, was durch eine Messung von T2 zum gleichen Zeitpunkt t1 bestätigt wird.

Nun nehme ich versuchsweise an, daß Spin down bei T2 auch ohne gleichzeitige Messung festliegt und T2 auch zu einem späteren Zeitpunkt noch in diesem Zustand ist.
Dem widerspricht aber, daß die Verschränkung nach der Messung von T1 nicht mehr existiert und T2 nicht vor einer später durchgeführten Messung in einem definierten Zustand sein. (Naiv würde man das Resultat Spin down erwarten.)

Ich bin mir aber nicht sicher, wie siehst du das? Außerdem frage ich mich, wie präzise T2 zum zum selben Zeit wie T1 gemessen werden muß um die Korrelation zu sehen. Mathematische Genauigkeit t1 = t2 dürfte ja kaum möglich sein.

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Das würde ich nach dem simplen Rezept der KD auf jeden Fall auch erwarten, zumindest wenn das Teilchen wechselwirkungsfrei weiter propagiert.

Ich denke, das hängt im Detail vom Experiment ab. Wenn eine Zerfallsquelle vorliegt, die alle paar Sekunden mal ein Teilchen in der vorgegebenen Richtung aussendet, dann dürfte es eigentlich leicht sein, die miteinander verschränkten Messungen zu identifizieren: 1. Richtung und 180° Gegenrichtung (wegen Impulserhaltung), 2. hinreichend genaue Zeitübereinstimmung.

Genau hier hatte ich bisher den Reiz an der Sache gesehen. Man kann - ohne Messung - eine sichere Aussage zu Spin und Polarisation von T2 machen, sobald man diese Eigenschaften bei T1 kennt. Die zweite Messung dient nur der Bestätigung und ist eigentlich überflüssig.

Anderseits muss man in Bezug zu "Bestimmung von Eigenschaften ohne Messung" bedenken, dass eine vorausgehende Präparation notwendig ist. Man könnte frech behaupten, dass die zweite Messung nur das misst, was man vorher reingesteckt hat, - die Korrelation.

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Man hat diverse Messungen durchgeführt, mit gleichen oder unterschiedlichen Zeiten, sowie auch mit unterschiedlichen Polarisatorausrichtungen, die erst nach Aussehndung der Teilchen und unabhängig voneinander sowie zufällig festgelegt wurden.

Alles war immer schön in Übereinstimmung mit der QM

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Ja, so in etwa verhält sich das.

Beide Photonen zusammen bilden einen Zustand mit Gesamtspin S = 0.

Es ist unsere klassische Denkweise, die uns suggeriert, dann müsste das eine Teilchen im Zustand +s und das andere im Zustand -s sein, und man müsste evtl. auch noch was über die Achse sagen können.

Die QM besagt schlichtweg, dass diese Annahmen falsch sind, und die Experimente bestätigen dies.

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D.h. am Ort der Messung von T1 wäre das zu erwartende Resultat für T2 auch bei einer späteren Messung von T2 bekannt. Aus der Sicht von Alice ist nach der Messung von T1 der Quantenzustand von T2 definiert und sie weiß, was Bob später messen wird. Aus der Sicht von Bob ist hingegen der Quantenzustand von T2 nicht definiert, bevor er ihn gemessen hat. Eine Nachricht von Alice erreicht ihn nicht vor der Messung.

Nehmen wir an, das EPR Experiment wäre mit einem verschränkten Elektron-Positron Paar (v << c) möglich. Dann könnte Alice Bob vor dessen zeitverzögerter Messung mitteilen, was er messen wird. Und aus der Sicht von Bob wäre der Quantenzustand von T2 vor der Messung bekannt. Widerspricht das nicht der QM?

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Ich sehe nichts, was der QM widersprechen sollte. Was sind deine Bedenken?

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Sie haben sich nach überdenken verflüchtigt. :)

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ich hab doch noch ne Frage: Zeilinger hat damals auf den Kanaren über 143 km Photonen verschränkt und teleportiert, soweit ok.
Wie schließt man nun, daß die simultane und instantane Reaktion von zwei Photonen auch über Milliarden von Lichtjahren stattfindet? Wie will man das denn messen?

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Genauso wie man feststellt wo du dich befindest per GPS, so blöd das auch klingt. Du misst mit atomuhren die uhrzeit wann genau die information da war. Nachher können die uhrzeiten verglichen werden. Das ist eine möglichkeit, die aber zu komplex ist. jedenfalls werden solche techniken genutzt, um die entfernung zu Satelliten festzustellen und damit die Position.
Zweite möglichkeit, du hast an dem Standort wo die information ankommt eine atomuhr und sendest so zu sagen die information über den Normalen weg (zb radiowellen). Im gleichem moment änderst du den Spin von dem verschränkten Photon. Dann kannst du messen welche zu erst da ist und sogar wie lange es gedauert hat.

Die wert sind auf einer entferung von 143km echt sehr ungenau. Je weiter die punkte von einander weg sind, desto genauer werden die werte. Beispiel: Ein Photon auf dem Mars das andere auf der erde im höchsten abstand zu einander. Das sollten so knapp 3 Astronomische längensein. Wenn ich mich nicht komplett täusche so knapp 24 Lichtminuten. nur da ist das angleichen der uhren für der erste Methode zu extrem. Die weite ist da sehr viel einfacher.

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meine Frage ist einfacher: Ich verschränke zwei Photonen, eins schieße ich auf den Mond, das andere bleibt hier. Jetzt ändere ich den Spin auf der Erde, woher weiß ich, daß sich der Spin auf dem Mond auch ändert, wenn ich nicht auf dem Mond bin, um nachzuschauen.

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Es ist einfach so. Sind sie verschränkt, ändert sich der spin, wenn du ihn auf der erde änderst. Das ist so als ob du die frage stellst: "Wenn ich ein gals Wasser ausgekippt habe, woher weiß ich dann, dass das glas leer ist?"
Eine Photon das mit einem verschränt ist hat immer einen gegenentsetzten spin. änderst du den spin, tut es das andere direkt auch. Man weiß nicht woher das andere weiß wie der spin zu sein hat, aber dass einfach so. Genau aus dem selbem Grund, warum die Lichtgeschwindigkeit eine bestimmte ist, warum es gravitation gibt und so weiter. Es ist einfach ein grundgesetz, dass so ist weil es so ist.

Hingegen wenn du es beweisen willst, musst du irgendwie vor ort sein und nachschauen.

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vielleicht ist die spukhafte Fernwirkung ja hinsichtlich der Entfernung begrenzt.

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Es geht bei der Verschränkung nicht um Änderungen des Spins, sondern um seine Messung. Da die beiden Teilchen - das auf dem Mond und das andere - gemeinsam ein quantenmechanisches System bilden, das aufgrund seiner Entstehung einen bekannten Gesamt-Spin haben muss, reicht es aus, den Spin eines der beiden Teilchen zu messen und kann dann schlussfolgern, welchen Spin das andere Teilchen auf dem Mond hat. Wegen des Wahrscheinlichkeits-Charakters der Quantenmechanik, weiss man das erst nach einer ersten Messung.

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Alle mir bekannten berechnungen, sagen das die information raumunabhängig weitergeben wird, was an sich shcon echt freaky ist. Dazu kommt das alle tests genau das auch nahe legen, dass die entfernung hinfällig ist, wenn es um die Verschränkung geht.

Allerdings, wissen wir ja erst ob oder ob nicht, wenn wir es getestet haben. Auch wenn ich sagen würde, da die verschränkung nicht abnimmt, die berechnungen es zeigen und so weiter, dass diese tests zu dem ergebnis kommen wird, von dem ich gerade schon ausgehe.

Auch würde ich es nicht als Spukhafte Fernwirkung bezeichnen, sondern vielmehr als eine für uns noch nicht vollständig nachvollziehbare Kausalität, die wir nurnoch verstehen müssen. Welche theorie am ende das rennen macht und wirklich erklären kann was passiert, werden wir dann sehen. Und ich bin mal gespannt was das alles für theorien sind.

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Das war eine sehr schöne erklärung. Wahrscheinlich besser als jede die ich hätte geben können. Tu mich halt manches mal mit erklärungen schwer.

Jedenfalls stellt genau diese wunderbare mechanik die hinter der verschränkung steht, einen durchbruch da. Es wird schon lange diskutiert mit verschränkten teilchen einen informationsaustausch mit überlichtgeschwindigkeit zu generieren. Soviel zum glasfaserausbau in deutschland.
Desweiteren werden die verschränkungen in Quantencomputern genutzt und stellt eine neue ära der Komunikation da. Bin gespannt was daraus wird.

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Der Spin auf dem Mond ändert sich nicht.

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Also laut vorherrschender Theorien, sollte sich der spin eines verschränkten teilchens an den seinen "partners" angleichen und genau gegenteilig sein. Somit ist zwingend der Spin des teilchens auf dem Mond geändert, wenn man den spin auf der erde ändern würde. Das ist ja was die Verschränkten teilchen so interessant macht.

Sollte ein spin noch nicht festgestellt worden sein, reicht es bei einem der beiden teilchen, den spin festzustellen. Das teilchen wird in eine Position gezwungen und das verschränkt hat automatisch einen gegenteiligen.

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Das hast du falsch verstanden.

Zwei Photonen werden zum Zeitpunkt ihrer gemeinsamen Entstehung verschränkt; dadurch sind dann beide Spins beispielsweise exakt entgegengesetzt.

Eine Interaktion mit einem der Photonen zu einem späteren Zeitpunkt ändert den Spin des anderen Photons dagegen nicht.

Nein, der Spin auf dem Mond wird dann nicht geändert.

Sollte ein spin noch nicht festgestellt worden sein, reicht es bei einem der beiden teilchen, den spin festzustellen. Das teilchen wird in eine Position gezwungen und das verschränkt hat automatisch einen gegenteiligen.

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Sobald du den Spin festlegst, ist die Verschränkung dahin. Wenn du ihn dann änderst, ändert sich der andere Spin nicht mit. Du kannst also keine Signale damit senden.

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In dem Fall ist dies aber ein weit verbreiteter irrglaube. Also das ist jetzt nur mal ein beispiel in form eines Video: https://www.youtube.com/watch?v=MrQ3F8tPTOc

In dem Fall lassen sich aber immernoch die verschränkten teilchen für einen Quantenschlüssel verwenden. Also zur verschlüsselung von informationen. Diese ist sehr sicher weil sie wiederum nicht abgehört werden kann. Dabei wird ja auf der einen seite der Spin festgestellt und zu verschlüsselung genutzt. Der ander kriegt einfach gesagt die verwschlüsselte datei und kann mit hilfe der teilchen feststellen, welchen spin das teilchen zu verschlüsselung hatte.
Im grunde findet dann die Informationsübertragung aber nicht unbedingt zeitgleich statt, sondern manche wissenschaftler haben die Theorie, dass die teilchen nur mit den selben eigenschaften in die existenz kommen so zu sagen. Der Effekt ist, dass bei einer Messung die teilchen immer die Information des anderen schon dabei haben so zu sagen.

Ich denke dabezüglich dessen, oft einer verwechslung mit der Quantenteleportation kommen kann. Diese ist zwar wiederum was völlig anderes, aber wird ja alles gerne mal in einen Topf geworfen.

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Hallo Korra,

YouTube ist auch ein Unterhaltungs-Kanal. Wenn Du hier ernst genommen werden willst, müsstest Du Deine Behauptungen mit seriöseren Angaben belegen können.

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Das Video ist leider nicht ganz korrekt: das "Würfeln" im Video entspricht einer "Messung", und nicht einer Änderung, obwohl sie im Video das Gegenteil behaupten.
Es gibt einen Konsens in der Physik, dass Wirkung und Information maximal mit der Vakuumlichtgeschwindigkeit propagieren kann.
Diese Thematik ist viel schwieriger als das Video suggeriert; es geht um eine der Schlüsseleigenschaften der Quantenmechanik: Nichtlokalität.

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Aus diesem Grund habe ich das Video auch als Negativbeispiel eingefügt. Damit wollte ich meine These unterstützen, dass es ein Weit verbreiteter Irrglaube ist.
Aber youtube würde ich nicht direkt als Negativ ansehen. Eher ist es schlecht sortiert und man kann schnell an welche geraten, die keine ahnung haben. Hingegen muss man bedenken, dass auch renomierte Leute der Fachwelt, wie zb Doktor Harald Lesch sind dort rumtreiben. Auch verschiedene weltraumorganisationen machen sich die Informationsverbreitenden möglichkeiten von Youtube zu nutze. Man darf nur auf keinen Fall in die trends schauen.

Letzten endes sollte man seine information aus viele verschiedenen und verlässlichen Quellen beziehen. Natürlich kann man nicht alles wissen und lasse mich immer gerne eine besserem belehren.

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Das wesentliche Problem bei Youtube ist, dass es gut gemachte jedoch inhaltlich fragwürdige Beiträge neben schlecht gemachten jedoch inhaltlich richtigen gibt.

Anyway - in einem verschränkten, räumlich getrennten Teilchenpaar ändert sich durch Messung oder Manipulation eines Teilchens am jeweils anderen Teilchens nichts.