Quantenverschränkung
Verschränkung ist vielleicht das verblüffendste Merkmal der Quantenmechanik. Wenn zwei Teilchen in einem verschränkten Zustand präpariert werden, sind ihre Messergebnisse so korreliert, wie es keine klassische Theorie reproduzieren kann. Einstein wandte berühmt als «spukhafte Fernwirkung» dagegen ein und argumentierte, die Quantenmechanik müsse unvollständig sein und verborgene Variablen müssten existieren, um die Korrelationen lokal zu erklären.
Bells Theorem
1964 bewies John Bell, dass jede Theorie basierend auf lokalen verborgenen Variablen bestimmte Einschränkungen erfüllen muss — heute als Bellsche Ungleichungen bekannt — bezüglich der Korrelationen zwischen Messungen an zwei entfernten Orten. Die Quantenmechanik sagt Korrelationen voraus, die diese Ungleichungen verletzen. Dies verwandelt eine philosophische Debatte in eine experimentell überprüfbare Vorhersage.
Der CHSH-Test
Die CHSH-Version der Bellschen Ungleichung wird in Experimenten am häufigsten getestet. Alice und Bob wählen jeweils zwischen zwei Detektoreinstellungen (a, a' und b, b'). Für jedes Einstellungspaar messen sie die Korrelation E zwischen ihren Ergebnissen. Der CHSH-Parameter S = E(a,b) - E(a,b') + E(a',b) + E(a',b') ist durch |S| <= 2 für jede lokal-realistische Theorie beschränkt. Für verschränkte Singulett-Zustände sagt die Quantenmechanik E(a,b) = -cos(a-b) voraus, was |S| bis zu 2 sqrt(2) ~ 2,83 ergeben kann.
Experimentelle Bestätigung
Beginnend mit Alain Aspects bahnbrechendem Experiment 1982 wurde die Bellsche Ungleichung in immer strengeren Tests verletzt. Die «schlupflochfreien» Experimente 2015 schlossen die Detektions- und Lokalitätsschlupflöcher gleichzeitig und ließen im Wesentlichen keinen Raum für lokal-realistische Erklärungen. 2022 erhielten Aspect, Clauser und Zeilinger den Nobelpreis für Physik für ihre experimentelle Arbeit zum Nachweis der Verletzung der Bellschen Ungleichungen.
Den Simulator verwenden
Stellen Sie die vier Detektorwinkel ein und beobachten Sie, wie sich der CHSH-Parameter S ändert. Die Standardwinkel ergeben eine deutliche Verletzung. Das S-Wert-Messgerät zeigt an, ob Sie sich im klassischen (grünen) oder quantenmechanischen (roten) Bereich befinden. Die optimalen Winkel für maximale Verletzung sind a=0, a'=45, b=22,5, b'=67,5. Verschränkte Paare werden von der zentralen Quelle zu Alices und Bobs Detektoren emittiert, und die Messergebnisse akkumulieren sich über die Zeit.