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Thema: Quantenverschränkung über 150 Millionen Kilometer

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  1. #1
    1813 Benutzerbild von Ansuz
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    Standard Quantenverschränkung über 150 Millionen Kilometer

    Was sich auf den ersten Schreck unseriös liest, ist zumindest ein interessantes Versuchsergebnis.

    Was haltet Ihr davon?

    Physiker koppeln erstmals Photonen aus der Sonne mit im Labor erzeugten Lichtteilchen


    Kosmische Kopplung: Physiker haben erstmals Photonen aus der Sonne mit Photonen aus dem Labor verschränkt – über 150 Millionen Kilometer hinweg. Trotz ihrer extrem unterschiedlichen Herkunft zeigten die Lichtteilchen im Experiment eine typische Quanteninterferenz und ein verschränktes Verhalten. Dies eröffne ganz neue Möglichkeiten für quantenoptische Experimente im astronomischen Maßstab, so die Forscher im Fachmagazin „Physical Review Letters“.


    Albert Einstein bezeichnete dieses Phänomen als „spukhafte Fernwirkung“: Bei der [Links nur für registrierte Nutzer] sind zwei Teilchen so miteinander gekoppelt, dass der Zustandswechsel des einen automatisch den des Partners verursacht. Dies geschieht instantan und unabhängig von der Entfernung. Damit ermöglicht die Verschränkung die schnelle Kommunikation über [Links nur für registrierte Nutzer], zwischen [Links nur für registrierte Nutzer] oder sogar [Links nur für registrierte Nutzer].


    Für die meisten Anwendungen werden bisher Photonen direkt im „Zweierpack“ erzeugt. Dabei entstehen aus Laserstrahlen über ein Arrangement von Spiegeln und Strahlteilern verschränkte Photonenpaare. Doch es gibt auch Verfahren, mit denen sich Lichtteilchen [Links nur für registrierte Nutzer] lassen – das ist sogar schon bei Photonen unterschiedlichen Energiegehalts gelungen.

    Sonnenlicht im Quantentest

    Ein großer Schritt nach vorn ist nun Forschern um Yu-Hao Deng von der Universität für Wissenschaft und Technologie in Schanghai gelungen. Denn sie haben erstmals Photonen von der Sonne mit denen einer irdischen Quelle zur Interferenz gebracht und verschränkt. Zwischen dem Ursprungsort der beiden Sorten von Lichtteilchen liegen damit rund 150 Millionen Kilometer – ein absolutes Novum. Denn bisher war nicht klar, ob eine solche Kopplung mit Teilchen kosmischen Ursprungs überhaupt machbar ist.


    Die Herausforderung besteht jedoch nicht nur in der enormen Entfernung beider Quellen. Die Sonne als thermische Strahlenquelle erzeugt auch einen wahren Wust an Photonen verschiedenster Energien, Polarisationen und Ankunftszeiten. Für die nachträgliche Verkopplung jedoch werden Teilchen benötigt, die exakt zur gleichen Zeit und mit den gleichen Eigenschaften durch einen Strahlteiler passieren.


    Gefiltert und vereinigt

    Für ihr Experiment mussten die Physiker daher aus der Fülle der solaren Photonen genau die herausfiltern, deren Eigenschaften mit denen der im Labor erzeugten Lichtteilchen übereinstimmten. Dafür ergänzten sie ein Sonnenteleskop mit einer Reihe von Filtern, Spiegeln und optischen Gittern. Nach Passage des Lichts durch diesen Aufbau blieb am Ende nur noch die gewünschte Sorte Photonen übrig.


    Diese solaren Photonen leiteten die Forscher dann auf einen Strahlteiler und vereinigten sie dort mit einem Strahl von Photonen, die im Labor mittels Halbleiterlaser erzeugt worden waren. Wenn nun zwei Photonen aus den beiden unterschiedlichen Quellen gleichzeitig eintrafen, kam es zu einem auffälligen Phänomen: Statt in zufälliger Folge aus den beiden Ausgängen des Strahlteilers auszutreten, kam es zu einer Quanteninterferenz, wie die Forscher berichten.

    Interferenz und Verschränkung nachgewiesen

    In 80 Prozent der Fälle verließen die Photonenpaare den Strahlteiler durch den gleichen Ausgang. „Das ist weit über dem klassischen Limit von 50 Prozent“, sagen Deng und seine Kollegen. „Damit haben wir eine nichtklassische Interferenz zwischen Sonnenlicht und Einzelphotonen aus einem Halbleiter-Quantenpunkt demonstriert.“ Dieses Verhalten der solaren Photonen beweist erstmals, dass auch thermisches Licht einer Quantennatur hat und sich genauso wie laborerzeugte Einzel-Photonen verhält und koppeln lässt.


    Und nicht nur das: Die Photonen aus der Sonne ließen sich auch mit den Labor-Photonen verschränken, wie die Forscher berichten. In ihrem Experiment wiesen sie nach, dass die so erzeugten Paare gegen die Bellsche Ungleichung verstoßen: Ihre Eigenschaften sind unabhängig von der räumlichen Entfernung und Position korreliert. Diese Nichtlokalität gilt als Indikator für die quantenphysikalische Verschränkung.

    Quantenkryptografie mit Sonnenlicht?

    Nach Ansicht der Forscher ist damit bewiesen, dass sich auch Teilchen kosmischen Ursprungs für quantenphysikalische Experimente und Anwendungen eignen. „Unsere Ergebnisse bestätigen die Universalität der quantenphysikalischen Prinzipien auch auf astronomischen Skalen. Ihrer Ansicht nach könnten solche kosmischen Photonen daher künftig für verschiedene Anwendungen genutzt werden, darunter Quantenteleportation, Quanten-Repeater, hybride Quanten-Netzwerke und die Quantenverschlüsselung von Daten.



    „Unser Experiment kann auch auf noch größeren Maßstab erweitert werden und dann Photonen ferner Sterne nutzen“, so Deng und sein Team. „Dies eröffnet einen ganz neuen Weg für quantenoptische Experimente in astronomischem Maßstab.“ (Physical Review Letters, 2019; [Links nur für registrierte Nutzer])
    Quelle: American Physical Society (APS)
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  2. #2
    No Loitering! Benutzerbild von Haspelbein
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    Standard AW: Quantenverschränkung über 150 Millionen Kilometer

    Zitat Zitat von Ansuz Beitrag anzeigen
    Was sich auf den ersten Schreck unseriös liest, ist zumindest ein interessantes Versuchsergebnis.

    Was haltet Ihr davon?
    Es werden Quantenzustände von Photonen nachträglich miteinander verschränkt, das ist die Neuigkeit. Diesmal mit "natürlich" entstandenen Photonen, die nicht im Labor erzeugt wurden. Wie weit diese Photonen gereist sind, ist letztendlich irrelevant.
    Der einzige Weg, mit einer unfreien Welt umzugehen, ist, selbst so absolut frei zu werden, dass allein Deine Existenz ein Akt der Rebellion ist.

    Albert Camus

  3. #3
    Mitglied Benutzerbild von HansMaier.
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    Standard AW: Quantenverschränkung über 150 Millionen Kilometer

    Zitat Zitat von Haspelbein Beitrag anzeigen
    Es werden Quantenzustände von Photonen nachträglich miteinander verschränkt, das ist die Neuigkeit. Diesmal mit "natürlich" entstandenen Photonen, die nicht im Labor erzeugt wurden. Wie weit diese Photonen gereist sind, ist letztendlich irrelevant.

    Kann ich diese verschränkten Photonen jetzt trennen, eins bleibt hier und eins
    fliegt zum Mars und von dort zeitverlustfrei Daten übertragen?
    MfG
    H.Maier
    "Es gehört zum Schwierigsten, was einem denkenden Menschen auferlegt werden kann,
    wissend unter Unwissenden den Ablauf eines historischen Prozesses miterleben zu müssen,dessen unausweichlichen Ausgang er längst mit Deutlichkeit kennt.
    Die Zeit des Irrtums der anderen, der falschen Hoffnungen, der blind begangenen Fehler wird dann sehr lang." - Carl Jacob Burckhardt (Schweizer Historiker) -

  4. #4
    No Loitering! Benutzerbild von Haspelbein
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    Standard AW: Quantenverschränkung über 150 Millionen Kilometer

    Zitat Zitat von HansMaier. Beitrag anzeigen
    Kann ich diese verschränkten Photonen jetzt trennen, eins bleibt hier und eins
    fliegt zum Mars und von dort zeitverlustfrei Daten übertragen?
    MfG
    H.Maier
    Theoretisch ja, praktisch kaum, da die Überlebensdauer dieser verschränkten Teilchen extrem kurz ist, d.h. fast jede Interaktion mit ihrer Umwelt führt zur Entkopplung. Ohne jetzt auf Details eingehen zu wollen, so ist der praktische Nutzen derzeit beschränkt.
    Der einzige Weg, mit einer unfreien Welt umzugehen, ist, selbst so absolut frei zu werden, dass allein Deine Existenz ein Akt der Rebellion ist.

    Albert Camus

  5. #5
    Pro-Mokrat Benutzerbild von Süßer
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    Standard AW: Quantenverschränkung über 150 Millionen Kilometer

    Das Lustige dabei ist das diie Versuchanordnung einen rationalen Nachweis ausschließt.
    Oder wie wird nochmal die Gleichzeitigkeit nachgewiesen, wenn die Lichtgeschwindigkeit....
    Beispeil, 2 Züge halten gleichzeitig an, einer in Amerika, der andere in Russland, die Zugtüren öffnen sich, Beweis der Quantenverschränkung..

  6. #6
    Anarchotechnokrat Benutzerbild von Zyankali
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    Standard AW: Quantenverschränkung über 150 Millionen Kilometer

    Zitat Zitat von Süßer Beitrag anzeigen
    Das Lustige dabei ist das diie Versuchanordnung einen rationalen Nachweis ausschließt.
    Oder wie wird nochmal die Gleichzeitigkeit nachgewiesen, wenn die Lichtgeschwindigkeit....
    Beispeil, 2 Züge halten gleichzeitig an, einer in Amerika, der andere in Russland, die Zugtüren öffnen sich, Beweis der Quantenverschränkung..

    glaube, das ist alles eeetwas komplizierter...

    im großen und ganzen wirds schon stimmen. erstmal ist das ganze quantenzeuch für physiklaien ziemlich abgefahren, doch eins ist sicher: unter wissenschaftlern ist es quasi ein hobby recht zu haben und sich gegenseitig zu widerlegen. von daher kann man schon davon ausgehen, daß das ganze durchaus hand und fuß hat...
    Sollte irgend etwas in diesem Text Verwirrung stiften, ignorieren Sie bitte das gesamte Produkt.

  7. #7
    forward ever Benutzerbild von Lichtblau
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    Standard AW: Quantenverschränkung über 150 Millionen Kilometer

    Zitat Zitat von Zyankali Beitrag anzeigen
    glaube, das ist alles eeetwas komplizierter...

    im großen und ganzen wirds schon stimmen. erstmal ist das ganze quantenzeuch für physiklaien ziemlich abgefahren, doch eins ist sicher: unter wissenschaftlern ist es quasi ein hobby recht zu haben und sich gegenseitig zu widerlegen. von daher kann man schon davon ausgehen, daß das ganze durchaus hand und fuß hat...
    davon würdest du nichts hören, weil die Presse die Pforten deiner Wahrnehmung kontrolliert.

    Wenn dann doch Physiker auf ihren privaten Homepages dies und jenes behaupten, dann werden sie als Spinner abgetan.
    backward never.

    ignore: Lichtblau

  8. #8
    Anarchotechnokrat Benutzerbild von Zyankali
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    Standard AW: Quantenverschränkung über 150 Millionen Kilometer

    Zitat Zitat von Lichtblau Beitrag anzeigen
    davon würdest du nichts hören, weil die Presse die Pforten deiner Wahrnehmung kontrolliert.
    nun, grundlagenphysik ist nunmal keine klimapropaganda, ist schon noch ein unterschied. ist ja das schöne daran, da kann nix politisch dran geschwurbelt werden, da gehts um fakten
    Sollte irgend etwas in diesem Text Verwirrung stiften, ignorieren Sie bitte das gesamte Produkt.

  9. #9
    forward ever Benutzerbild von Lichtblau
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    Standard AW: Quantenverschränkung über 150 Millionen Kilometer

    Zitat Zitat von Zyankali Beitrag anzeigen
    nun, grundlagenphysik ist nunmal keine klimapropaganda, ist schon noch ein unterschied. ist ja das schöne daran, da kann nix politisch dran geschwurbelt werden, da gehts um fakten
    In der echten Physik schon, aber nicht in dem Bild der Physik in den Medien.
    Das Bild der Physik ist ein eigenes völlig entkoppeltes System.
    backward never.

    ignore: Lichtblau

  10. #10
    No Loitering! Benutzerbild von Haspelbein
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    Standard AW: Quantenverschränkung über 150 Millionen Kilometer

    Zitat Zitat von Süßer Beitrag anzeigen
    Das Lustige dabei ist das diie Versuchanordnung einen rationalen Nachweis ausschließt.
    Oder wie wird nochmal die Gleichzeitigkeit nachgewiesen, wenn die Lichtgeschwindigkeit....
    Beispeil, 2 Züge halten gleichzeitig an, einer in Amerika, der andere in Russland, die Zugtüren öffnen sich, Beweis der Quantenverschränkung..
    Nein, man kann z.B. eine Polarisation durchaus unabhängig voneinander messen. Genauer gesagt haben die verschränkten Teilchen eine gewisse Wahrscheinlichkeit eines Zustandes. Misst man den Zustand eines Teilchens, d.h. man forciert einen Zustand durch Interaktion mit dem Teilchen, so ist der Zustand des anderen verschränkten Teilchens ebenso bestimmt, unabhängig von der Entfernung der Teilchen. Das hat erst einmal nichts mit Gleichzeitigkeit zu tun.

    Makroskopische Beispiele greifen hier ebenfalls zu kurz, ähnlich wie bei der Tatsache, dass ein einziges Teilchen durch seinen Wellencharakter mit sich selbst interferieren kann.
    Der einzige Weg, mit einer unfreien Welt umzugehen, ist, selbst so absolut frei zu werden, dass allein Deine Existenz ein Akt der Rebellion ist.

    Albert Camus

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