Roulette nach Quantenmechanik-Verschränkung Roulettesystem Kesselgucken

Roulette nach Quantenmechanik-Verschränkung  Roulettesystem Kesselgucken
Author D. Selzer-McKenzie
YoutubeVideo: https://youtu.be/71ZIKL9ESZU
Die Software steht zum kostenlosen Download unter
http://www.selzer-mckenzie.com/selsoft.zip
zur Verfügung.

Quantenverschränkung
Das quantenphysikalische Phänomen der Verschränkung
(selten Quantenkorrelation) liegt vor,
wenn der Zustand eines Systems von zwei oder mehr
Teilchen sich nicht als Kombination unabhängiger
Ein-Teilchen-Zustände beschreiben lässt, sondern nur durch
einen gemeinsamen Zustand.
Messergebnisse bestimmter Observablen verschränkter Teilchen
(z. B. Observable Spin) sind korreliert, das heißt
nicht statistisch unabhängig, auch wenn die Teilchen weit
voneinander entfernt sind. Die Korrelation kann jedoch
nicht durch lokale verborgene Variablen erklärt werden,
da die Messergebnisse die Bellsche Ungleichung verletzen.
Dies wiederum bedeutet, dass die Messergebnisse an verschränkten
Teilchen nur durch eine nichtlokale Theorie erklärt werden können.
Diese Nichtlokalität unterscheidet die Quantenmechanik
grundsätzlich von klassischen physikalischen Theorien,
bei denen eine unmittelbare Auswirkung lediglich lokal auftritt.
Infolge der Möglichkeit der Quantenverschränkung bestimmt
sich der Gesamtzustand eines zusammengesetzten Systems
im Allgemeinen nicht durch die Zustände seiner Teilsysteme,
das heißt, er separiert nicht in Einteilchenzustände,
die durch Linearkombination den Gesamtzustand darstellen.
Ein verschränkter Zustand kann nicht durch Präparation
aller Einzelsysteme in jeweils geeignete Zustände erzeugt werden.
Für räumlich getrennte Teilsysteme wird Quantenverschränkung zur
Quanten-Nichtlokalität, das heißt, der Zustand des verschränkten Systems
ist nicht lokalisiert, sondern erstreckt sich über das gesamte räumlich
verteilte System. Ursprünglich nur für mikroskopische Systeme als
relevant vermutet, wurde Quantenverschränkung in jüngerer Zeit über
makroskopische Distanzen und für mesoskopische Systeme direkt nachgewiesen
(z. B. das Lemma Topologische Isolatoren, wo es um kohärente
Systeme geht, die im Innern Isolatoren sind, aber an der
Oberfläche metallisch leiten).
Aufgrund der Bornschen Wahrscheinlichkeitsinterpretation
der Quantentheorie ist die Verschränkung lange als rein statistische
Korrelation missverstanden und daher quasi verniedlicht worden,
selbst von Erwin Schrödinger, der diesen Begriff prägte.
Verschränkte Zustände beschreiben individuelle Eigenschaften
wie etwa den Gesamtdrehimpuls eines Systems von zwei oder mehr
Teilchen. Die Tragweite des Begriffes hat anscheinend erst
Albert Einstein im Jahr 1935 in der mit dem EPR-Effekt
verbundenen Arbeit erkannt, obwohl er die wahre Bedeutung
fehlinterpretierte (siehe unten). Die Bedeutung der
Verschränkung ist erst dadurch bestätigt worden,
dass John Stewart Bell 1964 feststellte, dass die
Quantenmechanik die von ihm aufgestellte berühmte
Bellsche Ungleichung verletzt. Dadurch wird, im
Gegensatz zu den Grundannahmen Einsteins, eine noch
unbekannte, durch verborgene Variablen beschriebene
lokale Realität ausgeschlossen
 (die Quantenmechanik ist nichtlokal).
 Die Quanten-Nichtlokalität bedarf daher auch keiner
 (in Einsteins Worten) spukhaften Fernwirkung ebenso
 wenig bedarf die sogenannte Quantenteleportation der Portation
 von irgendetwas. Dies bedeutet, dass das Phänomen der
 Verschränkung nicht auf sogenannten verborgenen Variablen
 beruht, die wir nur (noch) nicht zu entdecken vermögen.
Die Tatsache, dass die Verschränkung
 (im Gegensatz zur klassischen Physik) keine lokal-realistische
Interpretation zulässt, bedeutet, dass entweder die Lokalität
aufgegeben werden muss (etwa, wenn man der nichtlokalen
Wellenfunktion selbst einen realen Charakter
zubilligt – das geschieht insbesondere in Kollapstheorien,
in der Viele-Welten-Interpretation oder der
De-Broglie-Bohm-Theorie) oder das Konzept einer
mikroskopischen Realität – oder aber beides; am radikalsten
wird diese Abkehr vom klassischen Realismus in der
Kopenhagener Deutung vertreten; nach dieser Interpretation,
die bei den Physikern seit Jahrzehnten als Standard gilt,
ist die Quantenmechanik weder real – da eine Messung
den Zustand nicht feststellt, sondern präpariert.
Die Möglichkeit der Verschränkung gehört zu denjenigen
Konsequenzen der Quantenmechanik, die den meisten Widerstand
gegen diese Theorie als solche erzeugte. Albert Einstein,
Boris Podolsky und Nathan Rosen formulierten 1935 den
EPR-Effekt, nach dem Quantenverschränkung zur Verletzung
des klassischen Prinzips des lokalen Realismus führen würde,
was von Einstein in einem berühmten Zitat
als spukhafte Fernwirkung bezeichnet wurde.
Auf der anderen Seite konnten die Vorhersagen der
Quantenmechanik höchst erfolgreich experimentell belegt
werden, sogar Einsteins „spukhafte Fernwirkung wurde beobachtet.
Viele Wissenschaftler führten dies irrtümlicherweise
auf unbekannte, deterministische verborgene Variablen zurück,
die dem lokalen Realismus unterworfen seien, aber
zugleich alle Quantenphänomene erklären könnten.
1964 zeigte John Stewart Bell, dass die Effekte der
Quantenverschränkung experimentell von den Ergebnissen
der auf verborgenen Variablen basierenden Theorien
unterschieden werden können (siehe Bellsche Ungleichung).
Seine Ergebnisse wurden durch weitere Experimente bestätigt,
sodass die Quantenverschränkung heute als physikalisches
Phänomen anerkannt ist (bis auf wenige Abweichler).
Er veranschaulichte Verschränkung und EPR-Effekt
anhand des Vergleichs mit Bertlmanns Socken.
Nach Bohm ist trotzdem eine – allerdings nichtlokale –
realistische Interpretation mit verborgenen Variablen möglich
 (siehe De-Broglie-Bohm-Theorie). Der Nobelpreisträger Anthony James Leggett
konnte die Bellsche Ungleichung für diesen Fall verschärfen,
und eine Forschungsgruppe um Anton Zeilinger behauptet in
einer Veröffentlichung in der Zeitschrift Nature, eine
Verletzung auch der verschärften Ungleichung gezeigt zu haben.
Dies würde zeigen, dass auch mit einer nichtlokalen Mechanik
eine realistische Interpretation der Quantenmechanik
ausgeschlossen ist. Es muss jedoch auch in diesem Fall
abgewartet werden, bis dies von anderen
Wissenschaftlern bestätigt wird.
Unterdessen hat eine Gruppe der Universität Genf
um Nicolas Gisin der Geschwindigkeit der spukhaften Fernwirkung
eine extrem hohe untere Grenze gesetzt: Die Gruppe konnte
im Experiment zeigen, dass zwei verschränkte Photonen
bezüglich verschiedener Eigenschaften, unter anderem
der Polarisation, mit wenigstens 10.000-facher
Lichtgeschwindigkeit kommunizieren müssten, wenn
sie denn kommunizierten.
Informationsübertragung:
 Wenn auch nicht buchstabengetreu, so gehorcht die
Verschränkung doch dem Geist der Relativitätstheorie.
Zwar können verschränkte Systeme auch über große
räumliche Entfernung miteinander wechselwirken, dabei kann
aber keine Information übertragen werden, sodass die
Kausalität nicht verletzt ist. Dafür gibt es zwei Gründe:
Quantenmechanische Messungen sind probabilistisch,
d. h. nicht streng kausal.
Das No-Cloning-Theorem verbietet die statistische
Überprüfung verschränkter Quantenzustände.
Zwar ist Informationsübertragung durch Verschränkung
allein nicht möglich, wohl aber mit mehreren verschränkten
Zuständen zusammen mit einem klassischen Informationskanal
(Quantenteleportation). Trotz des Namens können wegen des
klassischen Informationskanals keine Informationen
schneller als das Licht übertragen werden.
Natürlich-verschränkte Systeme
Graham Fleming, Mohan Sarovar und andere (Berkeley)
meinten, mit Femtosekunden-Spektroskopie nachgewiesen
zu haben, dass im Photosystem-Lichtsammelkomplex der
Pflanzen eine über den gesamten Komplex reichende
stabile Verschränkung von Photonen stattfindet, was
die effiziente Nutzung der Lichtenergie ohne
Wärmeverlust erst möglich mache.
Die Hülle eines Atoms besteht bei Mehrelektronensystemen
immer aus verschränkten Elektronen. Die korrekte
Bindungsenergie lässt sich nur unter Berücksichtigung
der Verschränkung der Elektronen berechnen.
Erzeugung verschränkter Systeme:
Verschränkte Photonen können durch die parametrische
Fluoreszenz (parametric down-conversion) in nichtlinear
optischen Kristallen erzeugt werden. Dabei wird aus einem
Photon mit hoher Energie im Kristall ein verschränktes
Paar von Photonen mit niedrigerer Energie (der Hälfte der
Energie des Ursprungsphotons) erzeugt. Die Richtungen,
in die diese beiden Photonen abgestrahlt werden, sind
miteinander und mit der Richtung des eingestrahlten Photons
korreliert, sodass man derartig erzeugte verschränkte Photonen
gut für Experimente (und andere Anwendungen) nutzen kann.
Bestimmte Atomsorten kann man mit Hilfe eines
Lasers derart anregen, dass sie bei ihrer Rückkehr
in den nichtangeregten Grundzustand ebenfalls ein Paar
verschränkter Photonen abstrahlen. Diese werden jedoch
mit gleicher Wahrscheinlichkeit in jede beliebige
Raumrichtung abgestrahlt, sodass sie nicht sehr
effizient genutzt werden können. Bei Photonen bezieht
sich die Verschränkung meist auf die Polarisation
der Photonen. Misst man die Polarisation des einen
Photons, ist dadurch die Polarisation des
anderen Photons festgelegt (z. B. um 90° gedreht).
Bei Atomen bezieht sich die Verschränkung auf deren
Spin. Regt man ein zweiatomiges Molekül mit einem Spin
von null mit einem Laser derart hoch an, dass
es zerfällt (dissoziiert), sind die beiden freiwerdenden
Atome bezüglich ihres Spins verschränkt. Bei einer
entsprechenden Messung wird eines von ihnen den
Spin +1/2 zeigen, das andere −1/2. Es ist aber
nicht vorhersagbar, welches der beiden Atome den
positiven und welches den negativen haben wird.
Misst man aber den Spin eines der beiden Atome,
wird dadurch der Spin des anderen festgelegt.
Anwendungen:
Quantenschlüsselaustausch: Sicherer Austausch von
Schlüsseln zwischen zwei Kommunikationspartnern zur
verschlüsselten Übermittlung von Information.
Der Austausch ist sicher, weil es nicht möglich ist,
ihn ohne Störung abzuhören. Die austauschenden Partner
können daher ein Mithören beim Schlüsselaustausch bemerken.
Quantencomputer: Bei Berechnungen mittels Qubits
auf einem Quantencomputer wird bei manchen Algorithmen
die Verschränkung von Qubits untereinander genutzt.
Mit Quantencomputern könnten Probleme gelöst werden,
die mit konventionellen Computern zwar prinzipiell
lösbar sind, jedoch nur mit nicht realisierbarem Zeitaufwand.
Generell ist die Erzeugung verschränkter Systeme
nicht einfach, weshalb bisher kein praktisch
anwendbarer Quantencomputer für komplexe Berechnungen
existiert. 2010 gelang es einem Team amerikanischer
Wissenschaftler, mithilfe des Frequenzkamm - Prinzips
verschränkte atomare Qubits auf relativ einfache
Weise zu erzeugen. Dennoch ist der Quantencomputer
gegenwärtig noch ein überwiegend theoretisches Konzept.