In der Quantenmechanik betrachtet man oft verschränkte Systeme. Diese bestehen aus paarweise erzeugten Teilchen, wie zum Beispiel Elektronen oder Photonen (Lichtteilchen). Ein verschränktes System hat einen gemeinsamen Zustand, der durch die Eigenschaften der beiden Teilchen beschrieben wird, beispielsweise durch ihren Spin.
Ein einzelnes Teilchen kann entweder einen Spin-up “u” oder einen Spin-down “d” haben. Bei einem verschränkten Teilchenpaar betrachtet man aber immer den gesamten Spin des Systems. Dieser beträgt immer 0. Das bedeutet, dass ein Teilchen den Spin up und das andere Teilchen den Spin down besitzt. Dabei weiß man allerdings nicht welches der beiden Teilchen welchen Spin besitzt. Sie befinden sich also in einem Überlagerungszustand, in dem beide Möglichkeiten gleichzeitig existieren.
Das Besondere an der Quantenmechanik ist, dass der Zustand des Gesamtsystems erst durch eine Messung festgelegt wird. Erst wenn eine Messung an einem der beiden Teilchen durchgeführt wird, wird ein spezifischer Zustand (z. B. “ud” oder “du”) für das gesamte System festgelegt.
Die Quantenverschränkung führt dazu, dass die Eigenschaften der Teilchen sehr stark voneinander abhängig sind. Wenn der Zustand eines Teilchens gemessen wird, bestimmt das instantan (also sofort) den Zustand des anderen Teilchens. Und das unabhängig von der Entfernung zwischen den beiden. Diese Korrelationen sind so stark, dass sie selbst über große Entfernungen durch das gesamte Universum hinweg wirken können. Albert Einstein bezeichnete dieses Phänomen deshalb als „spukhafte Fernwirkung”.
Die Quantenverschränkung spielt auch eine zentrale Rolle in der Entwicklung von speziellen Computern. Ein Quantencomputer nutzt die Besonderheiten der Quantenverschränkung, um Daten anders als klassische Computer zu verarbeiten. Dabei können die Grundbausteine, sogenannte Qubits, gleichzeitig mehrere Zustände annehmen. Dank der Verschränkung von Qubits können Quantencomputer bestimmte Probleme viel schneller lösen als herkömmliche Computer.
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