Verschränkung von verdrehten Lichtquanten
Ein Forscherteam um Anton Zeilinger konnte die Verschränkung der bisher größten Quantenzahlen erzeugen und vermessen.
In der Forschungsgruppe aus Wien wurde jetzt der erste Schritt unternommen, die Grenzen der quantenmechanischen Verschränkung anhand von sich drehenden Lichtteilchen zu testen. In ihrem Experiment haben die Forscher die größten jemals gemessenen Quantenzahlen von Teilchen irgendwelcher Art verschränkt. „Damit haben wir einen kleinen Weltrekord aufgestellt", so Zeilinger schmunzelnd.
Abb.: Kameraaufnahme in Falschfarbendarstellung eines Lasers, der sich in einer quantenmechanischen Überlagerung aus 100 rechts- und 100 linkshändigen Drehimpulsquanten befindet. (Bild: R. Fickler, IQOQI, U. Wien)
Seit etwa 20 Jahren ist bekannt, dass es theoretisch keine Obergrenze für die Stärke dieses Drehimpulses für Lichtteilchen gibt. Bisherige Experimente waren jedoch aufgrund physikalischer Einschränkungen auf äußerst schwache Drehungen bzw. kleine Quantenzahlen limitiert. Bei dem in Wien durchgeführten Experiment kann hingegen theoretisch Verschränkung erzeugt werden, egal wie stark der Drehimpuls bzw. wie groß dessen Quantenzahl ist. „Einzig die limitierenden, technischen Mittel bremsen uns ein, um nicht schon bald Verschränkung von verdrehten Lichtquanten zu erzeugen, die wir vielleicht mit der bloßen Hand spüren könnten“, erklärt Robert Fickler, Hauptautor der neuen Studie. In der Praxis gibt es jedoch noch einige Herausforderungen zu bewältigen, bevor ein ähnliches Experiment mit makroskopischen Objekten durchgeführt werden kann.
Abb.: Langzeitaufnahme eines Laserstrahls in mehreren so genannten Donut-Moden (Lichtmoden ohne Intensität im Zentrum). (Bild: R. Fickler, IQOQI, U. Wien)
Neben der grundlegenden Frage nach den Grenzen makroskopischer Verschränkung beschäftigen sich die Physiker aber auch mit potenziellen Anwendungen ihrer Forschung. So können sie etwa die von ihnen erzeugten Lichtteilchen nutzen, um bereits mit sehr geringer Intensität genauere Winkelmessungen durchführen zu können. Dieses Prinzip ist besonders bei Untersuchungen von lichtsensitiven Materialien wie beispielsweise biologischen Substanzen vorteilhaft. „Aufgrund der Verschränkung können solche Messungen erstaunlicherweise aus beliebiger Entfernung und ohne jeglichen Kontakt zum Messobjekt oder sogar zu einem späteren Zeitpunkt durchgeführt werden“, erläutert Fickler.
U. Wien / PH
