Fernübertragung von Quantenzuständen

Fortsetzung dieses Beitrags in der Auseinandersetzung mit diesem psychophysik.com-Artikel

Im Jahr 2004 berichteten Barrett et al. und Blatt et al. unabhängig voneinander erfolgreiche Experimente, mit denen sie es geschafft hatten, Atome ohne direkte physikalische Manipulation in einen anderen Quantenzustand zu überführen. Da in der Methode die Zustandsübertragung von einem (manipulierbaren) Atom auf ein anderes (nicht direkt manipuliertes) enthalten ist, benennt man diesen Verfahren auch mit dem Begriff „Quantenteleportation“. Dazu benutzten beide Gruppen die vorher schon bei Photonen erfolgreich angewandte Methode verschränkter Zustände. Ohne zu sehr auf die dahinter stehende Physik eingehen zu wollen [1]: was war passiert, wie geht das Ganze von sich?

Im Grunde braucht man drei Atome; Blatt benutzte Kalzium-, Barrett Beryllium-Ionen. Zwei Atome, 2 und 3, werden so präpariert, dass der gewünschte Quantenzustand beider Atome miteinander verschränkt ist. Einfach ausgedrückt, kann das bedeuten, dass beide voneinander abhängig sind, zum Beispiel der zweite das Gegenteil des ersten ist — da in der Quantenmechanik ein Zustand erst nach Messung bekannt und ansonsten gemäß determinierter Zufälligkeit verteilt ist, legt die Messung an einem der Photonen damit den (nicht direkt bestimmten) Quantenzustand des zweiten fest. In unseren Experimenten nehmen wir nun ein weiteres Atom hinzu, Atom 1. Dieses befindet sich in dem (unbekannten) Quantenzustand, den man übertragen will. Der Trick ist nun, durch einen entsprechenden Messvorgang das Atom, das den zu übertragenden Quantenzustand trägt, mit dem ersten der beiden verschränkten Atome wiederum zu verschränken. Man bewirkt damit verschiedenes:

• Man erhält die Information, in welchem Zustand sich die Atome 1 und 2 befunden haben — das war zuvor nicht bekannt
• Dieser Zustand wird durch die neue, durch den Messvorgang erzwungene Verschränkung zerstört, Atome 1 und 2 gehen in wiederum nicht bekannte Zustände über
• Die Verschränkung der Atome 2 und 3 wird durch die Verschränkung von 1 und 2 ebenfalls zerstört. Dabei nimmt Atom 3 aber eben den zu Beginn in Atom 1 vorhandenen Quantenzustand an.

Als Ergebnis erhält man also eine Übertragung des Quantenzustands von Atom 1 auf Atom 3. Besonders ist das Ganze, weil Atom 3 durchaus eine makroskopische Distanz von Atom 1 und 2 entfernt sein kann. Das funktioniert, weil Verschränkungen eben auch über Distanz möglich sind. Mit der Information, die man aus der Messung der Atome 1 und 2 gewinnt, kann man zudem mit Atom 3 bestimmen, welchen zuerst unbekannten Zustand Atom 1 hatte, der dann übertragen wurde.

Man sollte das Experiment nicht klein reden, weil es faszinierende Physik ist und eine technisch höchst aufwendige Umsetzung von theoretisch schon gefundener Physik — und damit eben auch ein weiterer Nachweis, wie genau unsere physikalische Vorstellung von der Natur der Dinge ist. Man sollte aber auch nicht die Bedeutung übertreiben. Ich erspare euch hier zum Beispiel den ganzen Quatsch über Quantencomputer, den man zu dem Thema lesen kann (unter anderem in, gefühlt, jedem zweiten Forschungsförderungs-Antrag, weil das Thema gerade sexy ist) — ob ein solcher Quantencomputer, gegenüber dem mein Laptop die Subtilität einer Schaufel hat, in absehbarer Zeit gebaut wird, ist doch sehr fraglich; im spannenden Rennen zwischen ökonomisch relevanter Energieerzeugung durch Kernfusions-Technik und ökonomisch sinnvollem Quantencomputer wüsste ich gerade jedenfalls nicht, worauf ich mein Geld weniger gerne setzen würde.

 

Wie fasst nun psychophysik.com das Experiment zusammen:

Revolutionär an den Experimenten in Innsbruck ist die Tatsache, dass der „Bauplan” eines Atoms A auf ein Atom B übertragen werden konnte und als Folge das ursprüngliche Atom A frei nach TELEPOLIS seiner Eigenschaften beraubt und „ausgewaschen” wurde. [2]

Das muss dann als Anlass für die Frage herhalten:

Können Sie sich vorstellen, dass solch ein Vorgang möglich wäre, wenn es auf irgendeiner Ebene in irgendeiner Dimension so etwas wie physisch materiell mit “Stoff” gefüllten Raum gäbe?

Und das ist dann Quatsch.

Zugegeben, allein die Benennung des Phänomens als Quantenteleportation ist missverständlich, gerade für den Laien. Was übertragen wurde ist nun mal ein Quantenzustand. Nun ist es so, dass sich verschiedene Atome eines Elements, in ihrem prinzipiellen Aufbau eben identisch, nur durch die Gesamtheit ihrer Quantenzustände voneinander unterscheiden ließen. Man kann also das Atom, welches den Quantenzustand übernommen hat, nicht wirklich (anhand dieses einen Zustands) vom Atom unterscheiden, das diesen zuerst innehatte. Es ist trotzdem nur eine Übertragung des einen Quantenzustands vorgenommen worden. Es wurde insbesondere kein Atom teleportiert.

Man vergleiche das mit der Situation, wo an zwei verschiedenen Stellen exakt identische Häuser in einer Stadt stehen. Ein Quantenzustand (wie die Ausrichtung des Kernspins) kann man dann damit vergleichen, welche Fenster an dem Haus geöffnet oder geschlossen sind. Nehmen wir an, wir sitzen in Haus 1 und finden eine bestimmte Kombination geöffneter und geschlossener Fenster. Wir rufen Haus 2 an und geben die Information durch, und in Haus 2 werden dieselben Fenster geöffnet und geschlossen. Das ist alles. Zwei identische Häuser im selben Zustand. Deshalb würde doch niemand auf die Idee kommen, dass es keine Häuser gibt oder dass die Information über die Fenster die eigentlich definierende Qualität eines Hauses darstellt.

Die Veranschaulichung berücksichtigt natürlich in keiner Weise die quantenmechanischen Schwierigkeiten und Verfahren (die unter anderem so eine Kopie zweier Quantenzustände ausschließen, wenn danach beide verschränkte Zustände gleich sind, darum ist die Information im ersten Quantenzustand danach auch „ausgewaschen”). Es geht nur darum zu zeigen, dass die materielle Substanz bei diesem Experiment unbeeinflusst ist von der vorgenommenen Teleportation. Tatsächlich braucht man ja eben ein identisches Empfängerion an der Stelle, auf die man die Information übertragen will. Man wird es so nicht schaffen, aus einem Kalziumatom tatsächlich ein Goldatom zu erzeugen oder gar ein beliebiges Atom aus dem Nichts entstehen zu lassen. Die Stofflichkeit des Atoms, die Zahl seiner Kernbausteine, die Masse oder Ladung derselben, ist von der vorgenommenen Manipulation überhaupt nicht betroffen. Selbst die genannte “Auswaschung” meint nur, dass das Originalatom durch die Messung in einen neuen, noch nicht wieder bestimmtem Zustand versetzt wird; dem Atom selbst geht’s derweil prächtig.

Dass man sich diese Stofflichkeit derweil nicht mit unserer Erfahrung makroskopischer Materie verwechseln darf, wurde ja schon im letzten Beitrag dargestellt.

 

Auch hier muss also gefolgert werden, dass nichts an dem beschriebenen Phänomen grundsätzlich die Frage nach der Existenz unserer Materie in Frage stellt und dass darum esoterische Folgerungen, unsere Materie bestehe nur aus „Geist” damit nicht begründbar sind. Immer noch deutet nichts darauf hin, dass wir es hier mit etwas anderem als quantenmechanisch determinierter und wohlbekannter Physik zu tun zu haben.

Die abschließenden Fragen über grundsätzlichere Zusammenhänge zwischen Quantenmechanik, möglichem “Geist” und dem Einfluss des (menschlichen) Beobachters, erfolgen dann im nächsten Beitrag, wenn es sich etwas länger um die Deutung der Quantenmechanik dreht: was von der teilchenphysikalischen Erkenntnis über Materie übrig bleibt, wenn man die Quantenmechanik ernst nimmt.

Aber bis dahin ist es 2008, und von daher: Guten Rutsch allerseits!

 

Erweiterung: Im Kommentarteil des letzten Beitrags hat Claus Fritzsche, Herausgeber und Chefredakteur von psychophysik.com, inzwischen seine Aussagen zu diesen Experimenten erweitert. Einmal behauptet er, dass Blatt zum ersten Mal dieses Verhalten (gemeint ist wohl Verschränkung, die etwas unglücklichen Formulierungen über den Welle-Teilchen-Dualismus haben da wenig Sinn) an atomaren, nicht subatomaren Teilchen gezeigt hat. Das ist falsch. Zum einen ist der Quantenzustand, der in Blatts Experiment übertragen wurde, die Ausrichtung des Kernspins, somit ein subatomarer Quantenzustand in Atomen. Zum anderen kennen wir Verschränkungen von Atomen schon länger, z. B. in der Suprafluidität von Helium-3.

Im Weiteren wird das Ganze dann in einen spekulativen Zusammenhang mit dem Verhalten von Fischschwärmen und möglicher „telepathischer” Kommunikation gebracht. Und hier wird’s dann endgültig unsinnig. Die Verschränkung physikalischer Partikel ist ein scharf definiertes und, wie gesagt, sehr wohlbekanntes Phänomen. Wir wissen um die Erzeugung und die Schwierigkeit der Aufrechterhaltung (darum ja der ganze experimentelle Aufwand). Nichts, aber auch gar nichts lässt die Annahme zu, dass dieses Phänomen in irgendeiner Weise auf makroskopischer Ebene zwischen mehreren hundert Fischgehirnen auch nur denkbar ist. Das ist ein ganz typischer Fehlschluss der Sorte: Bewusstsein ist kompliziert, Quantenphysik ist kompliziert — dann wird es wohl zusammenhängen.

Schlimmer noch, nichts in dem Verhalten von Fischschwärmen ist unerklärlich oder geisterhaft. Dem ganzen liegen weitgehend simple Phänomene zugrunde — insbesondere, wenn man sich vor Augen hält, dass Fische mit einem weiteren, dem Menschen nicht zur Verfügung stehendes Sinnesorgan ausgestattet sind, das diese Art Schwarmverhalten weiter begünstigt; auch wenn man diesen Sinn zudem als Ferntastsinn bezeichnet: es hat trotzdem nicht mit der Fernwirkung quantenmechanischer Verschränkung zu tun.

Was telepathische Kommunikation zwischen Menschen angeht, ist es wohl überflüssig zu sagen, dass die Behauptung in keinem einzigen Fall experimenteller Nachprüfung standgehalten hat. Alle Hinweise sind rein anekdotischer Natur über zufällige Übereinstimmungen. Und wenn man von allen vorkommenden Fällen eben nur die berücksichtigt, in denen es zufällig zu einer Übereinstimmung kommt, gelangt man natürlich zu dem Irrtum, dass da was dran sein könnte. Oder, wie wir alle schon oft erlebt haben…

 

[1] Anwendung von Quantenmechanik auf diesem Level liegen, ehrlich gesagt, schon etwas weiter bei mir zurück, darum musste ich mich auch erst mal wieder einlesen; und die gesamte dahinter stehende Theorie werde ich hier nicht in Gänze und in voller mathematischer Präzision darstellen können. Schließlich geht es hier vor allem um die Fehlinterpretation in dem in Frage stehenden Artikel. Laien seien die entsprechenden, oben verlinkten Wikipedia-Artikel mit Vorsicht empfohlen, weil sie schon ein ziemliches Maß an Vorwissen voraussetzen. Blatts Originalartikel von 2004 ist derweil auf seiner Homepage als pdf-File verlinkt.

[2] Der Verweis auf Telepolis bezieht sich auf dieses im Originalartikel verlinktes Interview.