Innsbruck. Die Quantenverschränkung, also die Verbindung von Teilchen wie durch Zauberhand, stellt nicht nur den Hausverstand, sondern auch Physiker vor Probleme. Vor allem wenn viele Teilchen derart verbunden sind, wird es kompliziert. Einen neuen Ansatz zum Messen des Phänomens in Vielteilchensystemen haben Innsbrucker Forscher erstmals realisiert. Dabei machen sie sich den Zufall zunutze.

Von Albert Einstein als "spukhafte Fernwirkung" abgetan, ist die Quantenverschränkung heute das Rückgrat für Quantentechnologien. Verschränkte Teilchen können physikalisch nicht als einzelne Teilchen mit definierten Zuständen beschrieben werden, sondern nur als Gesamtsystem. Selbst aus großer Entfernung beeinflussen Veränderungen an einem Teilchen auch das oder die anderen.

Bessere Quantencomputer

Während der Effekt für wenige Teilchen gut untersucht ist, stellt die Erforschung von Quantensystemen aus vielen Teilchen eine Herausforderung dar. Um mit einem Quantencomputer Probleme besser lösen zu können als mit herkömmlichen Rechnern, müsse man mehr als einer Handvoll Teilchen messen können, betont das Institut für Quantenoptik und Quanteninformation (IQOQI) der Akademie der Wissenschaften in "Science".

Das Ausmaß an Verschränkung festzustellen bedeutet einen sehr hohen rechnerischen Aufwand. Eine Gruppe um den Innsbrucker theoretischen Physiker Peter Zoller entwickelte bereits 2018 eine Methode, mit der sich beliebige Verschränkungszustände analysieren lassen. Experimentalphysiker um Rainer Blatt und Christian Roos konnten den Ansatz erstmals umsetzen. Das neue Verfahren basiert auf der wiederholten Messung von zufällig gewählten Veränderungen einzelner Teile des Systems. Die statistische Auswertung der Messergebnisse ermögliche Aussagen über das Maß der Verschränkung des Systems, so die Forscher.