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Schrödingers Ge­dan­kenex­peri­ment

Im Jahre 1935 er­dachte der öster­reichi­sche Physi­ker Schrödin-ger ein Ge­dan­kenex­peri­ment, um die para­doxen Eigen­schaf­ten der Quan­ten­physik zu ver­deutli­chen. Er stellte sich eine Katze in einer Kiste vor, die gleich­zeitig tot und leben­dig sein kann. For­scher und Dokto­randen von „Ex­ploring Quan­tum Mat­ter“ um Gerhard Rem­pe, Direk­tor am MPQ in Gar­ching, haben eine opti­sche Vari­ante von Schrödingers Idee im Labor reali­siert. Die Ergeb­nisse haben vielfäl­tige An­wen­dun­gen in der Quan­ten­kom­muni­kati­on.

„Fliegende optische Katzen“

Das am Max-Planck-Institut für Quan­tenop­tik (MPQ) durch­geführ­te Ex­peri­ment, das eine Analo­gie zu Schrödingers Katze her­stellt, wurde bereits 2005 von den beiden Theo­reti­kern Wang und Duan vorge­schla­gen. Die Katze wird dabei durch kohä­rente Laser­pulse reprä­sen­tiert, die sich in einer Über­lage­rung aus zwei unter­schied­lichen Phasen befin­den kön­nen. Um solch einen Über­lage­rungs­zu­stand herzu­stellen, reflek­tieren die For­scher einen Laser­puls defi­nierter Phase von einem opti­schen Re­sona­tor, der aus zwei Spie­geln im Ab­stand von nur 0,5 mm be­steht. Der Re­sonator enthält ein einzel­nes gefan­genes Atom, das an­fäng­lich in einer Über­lage­rung von zwei Zu­stän­den präpa­riert wird. Bei der Re­flekti­on treten das Atom und der Laser­puls in Wech­selwir­kung und wer­den mitei­nander ver­schränkt. Eine an­schlie­ßende Mes­sung des Atoms ermög­licht es, den ge­wünschten opti­schen Kat­zenzu­stand herzu­stel­len.

An­wen­dun­gen für die Quan­ten­kom­muni­kation

Die er­zielten Ergeb­nisse haben poten­zielle An­wen­dun­gen in zu­künfti­gen Quan­ten­netz­wer­ken. Die Expe­rimen­te zei­gen, dass es geeig­nete Mes­sungen am Atom erlau­ben, einen ganzen Zoo unter­schied­licher Kat­zenzu­stände zu er­zeu­gen. Diese Zu­stände sind nicht wie in Schrödingers Ge­dan­kenex­peri­ment in einer Kiste einge­schlos­sen. Da sie aus Licht beste­hen, können sie zwi­schen den Kno­ten eines Quan­ten­netz­werks hin- und her­fliegen und sogar Quan­tenin­forma­tion über­tragen. Ferner können Kat­zenzu­stände Proto­kolle zur Quan­tenfeh­lerkor­rektur ermög­lichen. Die For­scher hoffen, diese Eigen­schaf­ten in zu­künfti­gen Expe­rimen­ten nutzen zu kön­nen.

Text: Internationales Doktorandenkolleg „Exploring Quantum Matter“