Verschränkung in Vielteilchensystemen in der Teilchenphysik

Seit die Mitgründer der Quantentheorie, Einstein, Podolsky, Rosen und Schrödinger, ihre berühmten Arbeiten über „Verschränkung“ im Jahr 1935 publiziert haben, versuchen PhysikerInnen und auch PhilosophInnen diese Quantenkorrelationen zu verstehen. Im Jahre 1964 wurde durch John S. Bells Arbeit allgemein bekannt, dass diese Korrelationen nicht durch gemeinsame lokale Ursachen verstanden werden können. Man kann es auch so ausdrücken: „Die Summe der Einzelteile ist kleiner als das Ganze“. In den folgenden Jahren kam es zu zahlreichen Experimenten, die die Manifestationen der Verschränkung zu beleuchten versuchten, und man erkannte immer deutlicher, dass Verschränkung eine Quelle für neue Anwendungen ist, zum Beispiel zum Erhöhen der Informationskapazität oder der Ermöglichung der abhörsicheren Kommunikation (Quantenkryptographie).

Wir haben in diesem Projekt eine sehr einfache Frage an die Quantensysteme gestellt: ob ein Zustand eines Vielteilchen-Systems mit beliebigen endlichen Freiheitsgraden oder ob ein Zustand eines Systems in der Hochenergiephysik verschränkt ist oder nicht. Uns interessiert hier insbesondere auch, auf welche Arten ein Zustand verschränkt sein kann und wie man das herausfindet. Die Beantwortung ist nicht leicht und überdies wurde bewiesen, dass man die Frage im Allgemeinen nie in endlicher Zeit immer beantworten kann. Nichtsdestotrotz haben wir allgemeine Kriterien gefunden, die falls sie verletzt sind, uns über die Art der Verschränkung eine Aussage liefern. Hingegen, falls sie sozusagen versagen, haben wir nichts Neues über den Zustand gelernt. Es hat sich herausgestellt, dass einerseits unsere Kriterien sehr oft funktioniert haben und man unsere Kriterien auch direkt im Experiment anwenden kann. Damit eröffnen sich viele neue Möglichkeiten für Experiment. Wir vermuten, dass nun, da man die verschieden verschränkten Zustände unterscheiden kann, es zu neuen Ideen kommt, wie man diese neuen Eigenschaften sinnvoll nützen kann.