Techniklexikon

Nichtlokalität

Quantenmechanik, quantenmechanische Eigenschaft verschränkter Zustände, z.B. eines durch Laserbeschuss auf einen Kristall hergestellten Photonpaares: beide Teilchen werden durch eine Wellenfunktion beschrieben, die u.a. den Gesamtspin des Systems festlegt. Dadurch sind beide Zustände insofern miteinander gekoppelt, als eine Polarisationsmessung an dem einen Teilchen die Polarisation des anderen unmittelbar festlegt, unabhängig von der Entfernung zwischen den Teilchen. Das lässt sich so interpretieren, als würde der Messprozess instantan eine Zustandsänderung in weiter Entfernung bewirken (»Kollaps der Wellenfunktion«). Um diese nichtlokale Wechselwirkung zu vermeiden, postulierte Einstein die Existenz lokaler versteckter Variablen, die den Spin eines Teilchens zu jeder Zeit festlegen (EPR-Paradoxon).

N. Bohr widersprach dieser Auffassung und behauptete, dass sich in dem Messergebnis eine nichtlokale Beziehung zwischen den Teilchen manifestiere. J. Bell erkannte in den sechziger Jahren, dass sich ein messbarer Widerspruch zwischen den Auffassungen Bohrs und Einsteins konstruieren lässt (Bellsche Ungleichungen). Eine Verletzung der von ihm gefundenen Ungleichungen steht im Widerspruch mit lokalen Theorien verborgener Parameter. Zahlreiche Experimente haben daraufhin die Bohrsche Sicht untermauert. Sie bestätigten die nichtlokalen Korrelationen verschränkter Zustände. Allerdings beruhen diese Resultate auf einer statistischen Analyse, die noch einige Schlupflöcher für lokale Theorien verborgener Parameter offen lässt. Eine saubere Entscheidung in dem Disput könnten Experimente mit drei verschränkten, räumlich getrennten Teilchen herbeiführen, sog. Greenberger-Horne-Zeilinger-Zuständen. An einem solchen System würde im Prinzip schon eine einzige Messung genügen, um den nichtlokalen Charakter der Quantenmechanik nachzuweisen. Erste Vorexperimente zur Erzeugung von drei verschränkten Teilchen gelangen an der Universität Innsbruck mit Photonen und am Los Alamos Laboratory in New Mexico mit Atomen.