Frage zur Messung von verschränkten Teilchen

[gaju]

Hallo zusammen,

bei verschränkten Teilchen wird erst bei der Messung eines Teilchens festgelegt, welchen Zustand beide Teilchen haben. Bei der Messung des einen Teilchens wird die Verschränkung aufgehoben.
Ich denke soweit habe ich das verstanden.

Nach der Messung ist der Zustand des ersten Teilchens durch die Messung bekannt. Jetzt meine Frage:
Wie bekommt man nach der Messung des 1. Teilchens den Zustand des 2. Teilchens überhaupt mit?

Wie misst man den in der Realität?
Muss man den Zustand aktiv messen oder kann kann man z.B. die Zustandsfestlegung des 2. Teilchens auch passiv durch einen Detektor registrieren lassen?

Gruß
Gaju

[TomS]

Zitat von gaju

bei verschränkten Teilchen wird erst bei der Messung eines Teilchens festgelegt, welchen Zustand beide Teilchen haben. Bei der Messung des einen Teilchens wird die Verschränkung aufgehoben.

Ja.

Zitat von gaju

Nach der Messung ist der Zustand des ersten Teilchens durch die Messung bekannt. Jetzt meine Frage:
Wie bekommt man nach der Messung des 1. Teilchens den Zustand des 2. Teilchens überhaupt mit?

Theoretisch dadurch, dass man nach der orthodoxen Interpretation der QM auf den Zustand des zweiten Teilchens schließt.
Praktisch dadurch, dass man den Zustand des zweiten Teilchens misst.

Zitat von gaju

Muss man den Zustand aktiv messen oder kann kann man z.B. die Zustandsfestlegung des 2. Teilchens auch passiv durch einen Detektor registrieren lassen?

Was meinst du mit "passiv"? Man muss den Zustand halt messen, so wie beim ersten auch.

[gaju]

Zitat von TomS

Praktisch dadurch, dass man den Zustand des zweiten Teilchens misst.

Mir geht es um das "Wie".

Ich nehme aber an, irgendeine Form von "passiv" messen, geht nicht, auch nicht theoretisch.
Ich meine damit, dass es automatisch bei der Zustandsfestlegung des 2. Teilchens irgendwo "Bing" macht. Also noch nicht mal, welchen Zustand das 2. Teilchen hat, sondern nur die Info des 2. Teilchens "Ich hab mich jetzt festgelegt."

[TomS]

Zitat von gaju

Mir geht es um das "Wie".

Ich nehme aber an, irgendeine Form von "passiv" messen, geht nicht, auch nicht theoretisch.
Ich meine damit, dass es automatisch bei der Zustandsfestlegung des 2. Teilchens irgendwo "Bing" macht. Also noch nicht mal, welchen Zustand das 2. Teilchen hat, sondern nur die Info des 2. Teilchens "Ich hab mich jetzt festgelegt."

Nee.

Es kommt darauf an, welche der Eigenschaften eines verschränkten Teilchenpaares man messen will. Wenn man z.B. den Spin eines Elektrons messen will, dann führt man ein Stern-Gerlach-ähnliches Experiment durch und erhält zusammen mit der Registrierung des Teilchens sofort auch dessen Spin. Es gibt 'zig Möglichkeiten. Und jede Messmethode, die für das erste Teilchen funktioniert, funktioniert auch für das zweite.

[gaju]

Zitat von TomS

Nee.

Es kommt darauf an, welche der Eigenschaften eines verschränkten Teilchenpaares man messen will. Wenn man z.B. den Spin eines Elektrons messen will, dann führt man ein Stern-Gerlach-ähnliches Experiment durch und erhält zusammen mit der Registrierung des Teilchens sofort auch dessen Spin. Es gibt 'zig Möglichkeiten. Und jede Messmethode, die für das erste Teilchen funktioniert, funktioniert auch für das zweite.

Ok, man kann es also mit Experimenten messen.
Den genauen Zeitpunkt, wann sich ein Zustand des 2. Teilchens festgelegt hat, kann man aber nicht bzw. nur näherungsweise durch Messen von jeweils des 2. Teilchens bei mehreren Verschränkungen herausfinden, indem man (evtl. mit Uhrenvergleich) sich bei der Messung des jeweils 2. Teilchens zeitlich immer weiter dem Zeitpunkt der Messung des 1. Teilchens nähert.

Und mit der Methode ist man darauf gekommen, dass die Zustandsfestlegung des 2. Teilchens ohne jegliche Zeitverzögerung passiert? Da braucht man aber sehr genaue Uhren.

[TomS]

Zitat von gaju

Ok, man kann es also mit Experimenten messen.
Den genauen Zeitpunkt, wann sich ein Zustand des 2. Teilchens festgelegt hat, kann man aber nicht bzw. nur näherungsweise durch Messen von jeweils des 2. Teilchens bei mehreren Verschränkungen herausfinden, indem man (evtl. mit Uhrenvergleich) sich bei der Messung des jeweils 2. Teilchens zeitlich immer weiter dem Zeitpunkt der Messung des 1. Teilchens nähert.

Es gibt kein "Wann".

Ganz grob argumentiert könnte man sagen, dass die Zustände immer, d.h. bereits vor der Messung "passen". Nimm ein paar Schuhe; es ist immer ein rechter und ein linker dabei.

Aber Vorsicht! Im Gegenstaz zu den Schuhem kann und darf man nicht sagen, dass genau ein Teilchen den einen und genau ein Teilchen den anderen Zustand hat! Man darf nur sagen, dass in dem Teilchenpaar bei einer Messung immer beide Zustände passend gemessen werden, unabhängig von den Zeitpunkten der Messung.

Ist ziemlich subtil und widerspricht der klassischen Logik!

Zitat von gaju

Und mit der Methode ist man darauf gekommen, dass die Zustandsfestlegung des 2. Teilchens ohne jegliche Zeitverzögerung passiert? Da braucht man aber sehr genaue Uhren.

Ja



https://en.wikipedia.org/wiki/Bell_test_experiments

[gaju]

Zitat von TomS

Es gibt kein "Wann".

Ganz grob argumentiert könnte man sagen, dass die Zustände immer, d.h. bereits vor der Messung "passen". Nimm ein paar Schuhe; es ist immer ein rechter und ein linker dabei.

Ist ziemlich subtil und widerspricht der klassischen Logik!

Ach so. Also der Zustand wird bei der Messung nicht geändert oder festgelegt, sondern nur "aufgedeckt". Also war der gemeinsame Zustand der beiden Teilchen seit ihrer Erzeugung schon immer so wie er war. Und mit der Messung egal welches Teilchens zuerst wird nur das Geheimnis gelüftet, welchen gemeinsamen Zustand die beiden Teilchen eigentlich schon immer hatten.

Deswegen kann am 2. Teilchen auch gar kein Ereignis ausgelöst werden, dass man registrieren könnte.

Wenn das so ist, dann gibt es nach der Erzeugung der Verschränkung nicht mal theoretisch irgendeinen Informationsaustausch. Letztendlich stehen sie doch dann überhaupt nicht in Verbindung, sondern es wird nur bei der Erzeugung der Verschränkung ein gemeinsamer und verdeckter Zustand erzeugt, der ohne äußere Störung einfach so bestehen bleibt.
Sehe ich das so richtig?

[Herr Senf]

Passend zur Frage gibt es heute einen Beitrag auf scinexx
http://www.scinexx.de/wissen-aktuell...015-09-23.html

Verschränkung über 100 km Glaskabel "transportiert", Ausbeute "nur" 1 %.
Das Versuchsschema anklicken zum Vergrößern, dort sieht man 4 Detektoren.
Vorsicht mit dem Wort dort "blitzschnell", Information ist nur mit Lichtgeschwindigkeit übertragbar!

Grüße Senf

[Plankton]

Kurz OT:

Zitat von Herr Senf

Passend zur Frage gibt es heute einen Beitrag auf scinexx
http://www.scinexx.de/wissen-aktuell...015-09-23.html

Verschränkung über 100 km Glaskabel "transportiert", Ausbeute "nur" 1 %.
Das Versuchsschema anklicken zum Vergrößern, dort sieht man 4 Detektoren.
Vorsicht mit dem Wort dort "blitzschnell", Information ist nur mit Lichtgeschwindigkeit übertragbar!

Grüße Senf

Das hat nichts miteinander zu tun, aber auf dem Gebiet scheint man auch zur Zeit ein paar technische Durchbrüche zu haben.
Hier auch z.B.: http://www.wissenschaft.de/videoport...Quantenphysik/

Auch von einem "neuen Laser" und "Superposition" und "mehr Vakuum" hab ich letztens was gelesen gehabt....

[TomS]

Zitat von gaju

Ach so. Also der Zustand wird bei der Messung nicht geändert oder festgelegt, sondern nur "aufgedeckt".

Nein, das stimmt so nicht ganz.

Zitat von gaju

Also war der gemeinsame Zustand der beiden Teilchen seit ihrer Erzeugung schon immer so wie er war.

Ja

Zitat von gaju

Und mit der Messung egal welches Teilchens zuerst wird nur das Geheimnis gelüftet, welchen gemeinsamen Zustand die beiden Teilchen eigentlich schon immer hatten.

Jein

Zitat von gaju

Deswegen kann am 2. Teilchen auch gar kein Ereignis ausgelöst werden, dass man registrieren könnte.

Am zweiten Teilchen wird kein Ereignis ausgelöst. Abser das Teilchen selbst kann im Messgerät selbst natürlich ein Ereignis auslösen.

Zitat von gaju

... dann gibt es nach der Erzeugung der Verschränkung nicht mal theoretisch irgendeinen Informationsaustausch. Letztendlich stehen sie doch dann überhaupt nicht in Verbindung, sondern es wird nur bei der Erzeugung der Verschränkung ein gemeinsamer und verdeckter Zustand erzeugt, der ohne äußere Störung einfach so bestehen bleibt.
Sehe ich das so richtig?

Ja, ich denke schon.


Zur Problematik von oben:

Betrachte zwei verschränkte Photonen, jeweils Einzelspin = 1, insgs. in einem Spin-Singulet, also Gesamtspin = 0. Diesen Zustand vor der Messung kann man schreiben als

|0> = |+1>a|-1>a + |-1>a|+1>a

"a" steht für eine beliebige Achse, bzgl. der die Spinorientierung definiert wird; das erste Teilchen wird durch den ersten Zustandsvektor, das zweite durch den zweiten Zustandsvektor repräsentiert; die Verschränkung kommt durch das "+" zu Ausdruck, d.h. man kann nicht mehr sagen, welches Teilchen nun welchen Zustand hat, nur dass sie insgs. den Spin = 0 tragen.

Beachte, dass ich bei |0> den Index "a" nicht vergessen habe. Der Singulett-Zustand |0> ist unabhängig davon, bzgl. welcher Achsen (x, y, z oder auch beliebig rotiert) ich rechts die Einzelspins definiere!

Nun nehmen wir an, ich messe am ersten Teilchen die Spinorientierung bzgl. einer anderen Achse "b" und finde +1. D.h. nach der Messung weiß ich sicher, dass der Zustand

|0'> = |+1>b|-1>b

vorliegt.

Das ist ein anderer Zustand als vor der Messung; die Messung ändert den Zustand also durchaus!

(Man kann nun im Rahmen der Interpretation der QM streiten, wie genau; was ich hier verwende ist die orthodoxe Interpretation, nicht die Viele-Welten-Interpretation, die ich selbst bevorzuge, die aber das eigtl. Problem verdecken würde).

Nun könnte man auf die Idee kommen, dass der Zustand bereits vor der Messung von der Form

|0> = |+1>b|-1>b

war. Das ist jedoch aus mehreren Gründen nachweislich falsch:

Zunächst mal kann man nach der Präparation jedoch noch vor der Messung die Achse "b" wählen; wie soll nun ein Zustand, den ich jetzt und hier präpariere, später von einer Entscheidung des Experimentators später und dort erfahren, noch später bzgl. "b" messen zu wollen? Dann kann man versuchen, verborgene Variablen einzuführen, d.h. Variablen, bzgl. derer eine Art klassische, bereits vorher festgelegte Spinorientierung jedes einzelne Teilchens existiert, die quantenmechanisch nicht erfasst und beschrieben wird. Diese prä-existente Spinorientierung würde dann im Zuge des Experiments nur offenbar, nicht festgelegt. Bell war in der Lage, im Zuge der Herleitung seiner berühmten Ungleichung mathematisch zu beweisen, dass bereits diese Annahme zu einer explizit anderen Vorhersage für bestimmte Messungen (Korrelationen) führt, als sie die Quantenemchanik. Dies wurde experimentell überprüft, die QM bestätigt, die verborgenen Variablen damit widerlegt.

D.h. die Annahme, der Spin jedes einzelne Teilchens läge bereits vorher irgendwie fest, ist nachweislich falsch. Das unterscheidet quantenmechansiche Objekte z.B. von Schuhen, denn ein Schuh ist tatsächlich schon (z.B.) immer ein rechter Schuh, auch vor der Messung. Das erste Photon ist aber nicht schon vorher ein "Spin = +1 Photon bzgl. Achse b"; es existiert in einem verschränkten Paar mit Gesamtspin = 0; alle weiteren Zuschreibungen von Eigenschaften zu den einzelnen Photonen ist falsch.