Seti und Quanten

Bynaus

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Bist du sicher? Alice und Bob könnten vereinbaren, die beiden Photonen eine bestimmte Zeit nach Erhalt der Nachricht durch einen Polarisator zu schicken. Ein Photon, dessen Polarisation von Alice bereits gemessen wurde, würde durchkommen oder auch nicht, auf jeden Fall ein klares Signal ergeben. Wie wäre es im Fall des nicht gemessenen Photons?
 

ins#1

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@mac,
ich denke, die Sache ist klar. Bynaus hat es nur noch mal für elnolde wiederholt.

Bynaus schrieb:
das muss nicht zwingend zu Paradoxien führen, denn man muss die beiden Quanten ja erst voneinander trennen - mit Unterlichtgeschwindigkeit

Eigentlich sogar im Gegenteil. Überleg' mal. Wenn das ginge wäre im Grunde jede Form von unterlichtschneller Kommunikation paradox, bzw. überflüssig. Stell dir z.B. mal vor, dass sich die Menschheit in den nächsten paar Lichtjahren Umgebung breit gemacht hätte, und die (familiären) Vorfahren up-to-date halten möchte. Im "klassischen" Video-Livestream feiert Alice z.B. gerade die Geburt ihres 1. Kindes und im Quanten-Livestream überträgt sie bereits den 5. Kindergeburtstag von Kind Nr. #2. Macht sich Bob nun mit fast c auf den Weg zu Alice, um sein Geschenk für das 5-Jährige nachzuliefern, ist er selbst nach wenigen Wochen (sagen wir einfach mal) da. Das altbekannte "In-die-Zukunft-Reisen" dank SRT, was paradox anmutet, es aber nicht ist, verlöre dadurch ziemlich an Würze.

Gruß
ins#1
 
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Ich

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Alice und Bob könnten vereinbaren, die beiden Photonen eine bestimmte Zeit nach Erhalt der Nachricht durch einen Polarisator zu schicken. Ein Photon, dessen Polarisation von Alice bereits gemessen wurde, würde durchkommen oder auch nicht, auf jeden Fall ein klares Signal ergeben. Wie wäre es im Fall des nicht gemessenen Photons?
Es würde durchkommen oder auch nicht. Und zwar mit der exakt gleichen Wahrscheinlichkeit wie das gemessene. Man kann nicht prüfen, ob sich das Photon in einem überlagerten Zustand oder in einem wohldefinierten, aber unbekannten Zustand befindet.
Die Wellenfunktion ist keine Observable, also keine irgendwie messbare Eigenschaft der Teilchen. Sie ist eher eine Zusammenfassung unseres Wissens über den Teilchenzustand.
Deswegen kann man keine Signale übertragen; wenn man es könnte, wäre das ziemlich schwierig zu vereinbaren mit dem Rest der Physik, wegen dieser Kausalitätsgeschichte. Dass man erst mit Unterlichgeschwindigkeit eine Leitung schalten muss ertschärft die Problematik keineswegs.
 
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mac

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Hallo Ich,

was ich vielleicht schon mal gelesen hab' (aber wohl nicht richtig verstanden habe) durch was für einen Versuch ist man sich eigentlich sicher, daß der Photonenzustand nicht von vornherein festliegt, egal ob man nachsieht oder nicht und die verschränkten Paare eben von vornherein als 'Spiegelbild' vorkommen?

Herzliche Grüße

MAC
 

Ich

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was ich vielleicht schon mal gelesen hab' (aber wohl nicht richtig verstanden habe) durch was für einen Versuch ist man sich eigentlich sicher, daß der Photonenzustand nicht von vornherein festliegt, egal ob man nachsieht oder nicht und die verschränkten Paare eben von vornherein als 'Spiegelbild' vorkommen?
Spielen wir's mal durch mit Teilchen, die bei Messung in eine bestimmte Richtung +1 oder -1 als Zustand einnehmen.
Wenn der Zustand von vornherein festliegt (z.b. Teichen A=+1, festgestellt gleich nach der Erzeugung durch Messung in 0°-Richtung, B entsprechend -1), dann misst Alice später auch +1, wenn sie in 0°-Richtung misst, und sie misst mit 50:50 Wahrscheinlichkeit +1 oder -1, wenn sie in 90°-Richtung misst.
Selbes nur andersrum gilt für Bob.
Die Messungen in 90°-Richtung von Alice und Bob sind nicht korreliert! Wirklich reiner Zufall.
Bei verschränkten Teilchen werden Alice und Bob in jede Richtung mit 50:50 Wahrscheinlichkeit +1 oder -1 messen. Und die Ergebnisse sind korreliert, d.h. wenn beide in die gleiche Richtung messen, hat einer +1 und einer -1. So ein Verhalten kann man nicht mit festgelegten Zuständen erreichen.
 

Bynaus

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Was du jetzt aber machst, ist eine sogenannt "realistische" Interpretation der QM, wonach die Teilchen diese Eigenschaft schon "haben", bevor sie gemessen werden. Soviel ich weiss, ist man sich dessen aber nicht mehr so sicher: die Teilchen befinden sich demnach wirklich in einem undefinierten Zustand. Aber ob das einen Unterschied macht? Wohl nicht.

Aber es stimmt schon, es geht irgendwie einfach nicht. Es gibt ja dieses Beispiel von der Holzkiste, in der sich eine Maus befindet. Man steckt eine Trennwand hinein und weiss, in einer der beiden Hälften befindet sich die Maus (den Fall, dass sie von der Trennwand erdrückt wurde, vernachlässigen wir mal :D ). Dann schneidet man die Kiste entlang der Trennwand entzwei, so dass man nun zwei Kisten hat. Die eine Kiste schickt man zu Alpha Centauri, die andere behält man. Wenn am Zielort Bob die Kiste öffnet, weiss er sofort, ob in der Kiste, die auf der Erde zurückgeblieben ist, eine Maus drin ist oder nicht... Information kann man damit aber nicht übermitteln.
 

Aragorn

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was ich vielleicht schon mal gelesen hab' (aber wohl nicht richtig verstanden habe) durch was für einen Versuch ist man sich eigentlich sicher, daß der Photonenzustand nicht von vornherein festliegt, egal ob man nachsieht oder nicht und die verschränkten Paare eben von vornherein als 'Spiegelbild' vorkommen?
Hallo mac,

ich bin etwas desorientiert. Wurden verborgene Variablen nicht durch die Experimente zur Bellschen Ungleichung ausgeschlossen:

http://de.wikipedia.org/wiki/Bellsche_Ungleichung

Lokalität: Beeinflußung von Objekt A hat keine direkte Auswirkung auf ein räumlich getrenntes Objekt B.
realistisch: jede physikalische Größe existiert, unabhängig davon ob sie gemessen wird.

Durch die Bellsche Ungleichung werden nur lokal, realistische Theorien widerlegt.
Die herkömmliche Quantenmechanik ist eine nicht-lokale und nicht-realistische Theorie.
Die Bohmsche Mechanik ist eine nicht-lokale aber realistische Theorie und ist daher nicht widerlegt.

Gruß
Helmut
 

ins#1

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@mac,

siehe dazu die weiter führenden Links zum EPR-Effekt. Mit dem ursprünglichen Experiment von Einstein/Rosen/Podolski sollte gezeigt werden, dass die Kopenhagener Deutung falsch sei. Dank neuer Varianten des Tests, beruhend auf dem Bell-Theorem, konnte mittlerweile sogar bewiesen werden, dass keine verborgenen Variablen hinter der Sache stecken, dass also vor der Messung wirklich kein Zustand festgelegt ist, also Unbestimmt ist. Bell hat dazu, durch eine Modifikation des ursprünglichen Test, gezeigt, dass statistische Unterschiede auftauchen müssten, wenn der Zustand von vorne herein definiert wäre (und nicht erst bei der Messung festgelegt wird). Das ging so weit dass der Spindetektor eines Teilchens, der eine Seite der Verschränkung aufhebt und dadurch das andere in entgegengesetzte Spin-Richtung zwingt, während der Verschränkung (noch) nicht existierte (bzw seine Spin-Richtungsorientierung noch nicht festgelegt ist). Siehe Aspect Experiment

edit: Aragorn war schneller ;-)
edit2: EPR-Experiment http://homepage.univie.ac.at/franz.embacher/Quantentheorie/EPR/

Gruß
ins#1
 
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elnolde

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@ins#1

Das ging so weit dass der Spindetektor eines Teilchens, der eine Seite der Verschränkung aufhebt und dadurch das andere in entgegengesetzte Spin-Richtung zwingt, während der Verschränkung (noch) nicht existierte (bzw seine Spin-Richtungsorientierung noch nicht festgelegt ist).

Müsste wohl anders heissen, denn die Existenz des Spindetektors stand doch wohl ausser Frage? Oder verstehe ich den grammatikalischen Zusammenhang nicht? Müsste es nicht heissen:....dass der Spin eines Teilchens im Spindetektor, der eine Seite....?

Danke für die hilfreichen Links ins#1.

Gruß

elnolde
 

mac

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Hallo Ich, Bynaus, Helmut und Ins#1,

vielen Dank schon mal für Eure Antworten. Ich habe dazu schon mal vor einigen Jahren einiges Halbwissen angesammelt, aber so richtig wirklich verstanden hab‘ ich es wohl noch nicht. Mit der Lektüre werde ich auch noch etwas beschäftigt sein.

Herzliche Grüße

MAC
 

Kosmo

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Was ist denn, wenn Bobs Filter entsprechend groß ist und Alices Messung zum (vorher festgelegten) Zeitpunkt A ja und zum Zeitpunkt B nein heißt? Sprich, kann Bob feststellen, ob Alice gemessen hat? Und wie verhält es sich mit der Messung die Bobs eigener Filter durchführt? Das Thema ist für einen NW interessierten GW etwas kompliziert, aber faszinierend. :)
 
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Bynaus

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Sprich, kann Bob feststellen, ob Alice gemessen hat?

Nur, wenn Alice ihm das mit Lichtgeschwindigkeit mitteilt. Dass Bob mit seiner Messung nicht bestimmen kann, ob Alice ihre Messung schon durchgeführt hat oder nicht, ist der eigentliche Grund, warum es keine Überlichtschnelle Kommunikation geben kann.
 

Kosmo

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Dass Bob mit seiner Messung nicht bestimmen kann, ob Alice ihre Messung schon durchgeführt hat oder nicht, ist der eigentliche Grund, warum es keine Überlichtschnelle Kommunikation geben kann.
Stimmt. Denn das Wissen darum, ob der andere gemessen hat oder nicht, ist ja bereits eine Information und wenn eine solche Informationsübertragung über den "Quantenkanal" (theoretisch) möglich wäre, bräuchten wr uns nicht darüber unterhalten, ob überlichtschnelle Kommunikation möglich wäre oder nicht.
 

Major Tom

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Möglicherweise ist ja die Quantenkorrelation oder andere Effekte aus dieser bizarren Welt der Quantenmechanik nicht der Weisheit letzter Schluß, aber zur Zeit scheint diese Art der Physik halt noch am ehesten zur zeitverlustfreien Kommunikation zu passen.

Gesetzt der Fall, die Naturgesetze würden es zulassen Nachrichten schneller als Licht zu übermitteln, würde jede technische Zivilisation früher oder später diese
Methode benutzen. Vor Allem auf astronomischen Distanzen wäre alles andere einfach untauglich. Unsere Situation ist möglicherweise vergleichbar, mit einem
Dschungelbewohner, welcher angespannt nach Trommelsignalen sucht, wärend sich die fortgeschrittene Welt draussen über Telekommunikations Satelliten unterhält.

Interessant in diesem Zusammenhang sind die Experimente von Alain Aspect in den 1980 er Jahren.
Hier ein kurzer Ausschnitt :
Die moderne Technik ermöglicht zum Beispiel Versuchsaufbauten, die Photonen als Teilchen einzeln losschicken und am Ziel entweder als Teilchen oder als Welle messen. Das Photon erscheint am Ziel immer dort, wo die entsprechende Messvorrichtung entweder Teilchen oder Welle misst. Möglich ist mittlerweile im Labor auch, dem Photon erst unterwegs die Richtung zu einer der beiden Messvorrichtungen zu diktieren oder auch die Anfangsrichtung noch zu wechseln. Das Ganze geschieht so schnell (innerhalb einer billionstel Sekunde), dass dem Photon vom Ziel aus auch kein Signal in Lichtgeschwindigkeit, der höchst möglichen Geschwindigkeit in der Raumzeit, hinterhergeschickt werden kann, das es noch vor dem Eintreffen an der Messstation erreichen könnte. Dennoch trifft das Photon immer entsprechend der angesteuerten Messeinheit ein: als Teilchen oder als Welle. Es kann kein Signal in der Raumzeit empfangen haben, das ihm den Wechsel gemeldet hätte. Folglich muss eine nichtlokale Verbindung bestehen.

http://www.mohamed-khalifa-buch.de/Erganzende_Texte/Quantenphysik/quantenphysik.html
 

Major Tom

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Neue Idee für Photonen-Quantencomputer

Ich weiß´nicht ob das jetzt genau in diese Rubrik passt aber die Austria Presse Agentur (APA) hat heute einen interessanten Artikel unter Bezugnahme auf ein Konzept des Physikers Anton Zeilinger veröffentlicht:

Ein neues Konzept für einen zukünftigen Quantencomputer auf Basis von Lichtteilchen haben Wiener Physiker um Anton Zeilinger vorgeschlagen und zum Teil bereits experimentell realisiert. Mit der Methode lassen sich gleichzeitig Paare von Photonen effizient herstellen und miteinander in Wechselwirkung bringen.
Damit ließen sich Berechnungen in einem Quantencomputer durchführen, wie die Forscher in einer Studie berichten.
Qubits - die Einheiten des Quantencomputers
Die Studie:
"Efficient quantum computing using coherent photon conversio" von Nathan Langford und Kollegen ist in "Nature" erschienen.

Derzeit wird weltweit nach Konzepten gesucht, mit denen sich ein Quantencomputer realisieren lassen könnte. Im Gegensatz zum Bit, der kleinsten Informationseinheit in der Informationstechnologie, die zwei Zustände (Ja/Nein oder 0/1) einnehmen kann, sollen beim Quantencomputer Quantenzustände als kleinste Einheit - genannt Quantenbit (Qubit) - dienen.
Weil dabei die Gesetze der Quantenwelt gelten, kann ein solcher Quantenzustand verschiedene Schwebezustände zwischen zwei Möglichkeiten einnehmen. Mit mehreren Qubits könnte man deshalb bestimmte Probleme wesentlich schneller lösen als in einem klassischen Computer.

Probleme bei "Photonenpaarung"Die Physiker am Vienna Center for Quantum Science and Technology (VCQ) an der Universität Wien und ihre Kollegen in Japan und Australien mussten für das von ihnen vorgeschlagene Schema einige Schwierigkeiten überwinden.
So scheiterte bisher ein auf vielen Photonen basierender Quantencomputer ebenso wie viele Quantenexperimente mit einer großen Anzahl an Photonen bisher an den prinzipiell ineffizienten Methoden zur Herstellung von Photonenpaaren. Die Wissenschaftler schlagen nun die sogenannte "kohärente Photonen-Konversion" dafür vor.
Dabei wird ein starker Laser dazu benutzt, die sogenannte Nichtlinearität von Glasfasern hochzutreiben. In der linearen Optik geht man davon aus, dass die optischen Eigenschaften eines Materials unabhängig von der Intensität des eingestrahlten Lichtes sind, Lichtstrahlen beeinflussen einander nicht.
In nichtlinearen Materialien kommt es dagegen zu einer Wechselwirkung zwischen Lichtstrahlen. "Wir können die Nichtlinearität der Glasfasern mit der Stärke des Laserfeldes steuern: je stärker das Laserfeld, desto höher die Nichtlinearität", erklärte der an dem Projekt beteiligte Wissenschaftler Sven Ramelow.

Kohärente Photonen-KonversionSchickt man gleichzeitig zum Licht dieses Pumplasers Licht einer anderen Wellenlänge eines schwächeren Lasers in diese Glasfaserleitung, werden diese Photonen verdoppelt - und zwar "theoretisch zu 100 Prozent, also deterministisch - wenn man ein Photon hineinschickt, kommen zwei heraus", so Ramelow.
Die Physiker konnten diesen Teil ihres neuen Schemas bereits experimentell nachweisen, wenn auch die Photonenpaar-Erzeugung "noch nicht mit hoher Effizienz" gelang.
Verdoppelt werden die Photonen durch die "kohärente Photonen-Konversion". Dabei werden sogenannte Photonen-Zustände - das elektromagnetische Feld des Lichts kann verschiedene Zustände einnehmen, etwa solche mit unterschiedlicher Zahl an Photonen - umgewandelt, ohne dass Quanteninformation zerstört wird. So kann zum Beispiel ein Ein-Photonen- in einen Zwei-Photonen-Zustand umgewandelt werden.

Erzeugung von WechselwirkungenEin weiterer, wichtiger Aspekt der "kohärente Photonen-Konversion" ist es, dass zwei Lichtteilchen miteinander zur Wechselwirkung gebracht werden können. Üblicherweise gibt es zwischen Photonen keinerlei Wechselwirkung. In der Quantenphysik ist das grundsätzlich von Vorteil, da die Photonen dadurch von der Umgebung isoliert sind und Quanteneigenschaften erhalten bleiben.
Will man aber Photonen für einen Quantencomputer nutzen, braucht man genau diese Wechselwirkung, denn damit würden die Berechnungen durchgeführt.
Mit dem theoretischen Konzept der Wiener Physiker wäre also der Bau eines auf Photonen basierenden Quantencomputers möglich. Weitere Experimente sollen nun die Möglichkeit der praktischen Umsetzung des Konzepts belegen.

Gruß
MTom
 
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