Fragen Sie Ethan: Ist es möglich, mithilfe der Quantenverschränkung Nachrichten schneller als mit Licht zu senden?

IKAROS Japanisches Sonnensegelkonzept an einem entfernten Sternensystem

Wir haben bereits das Projekt von Yuri Milner und Stephen Hawking, Breakthrough Starshot , besprochen, ein Raumschiff an ein anderes Sonnensystem in unserer Galaxie zu senden. Und obwohl eine riesige Anzahl von Lasern im Prinzip Lichtschiffe von der Größe eines Mikrochips mit einer Geschwindigkeit von 20% der Lichtgeschwindigkeit an einen anderen Stern senden kann, ist nicht klar, wie diese Geräte ohne Energiequellen Nachrichten über weite Räume an uns senden. Olivier Manuel glaubt, einen Ausweg gefunden zu haben:

Dies ist eine kühne Annahme, aber ist es möglich, Quantenverschränkung zum Übertragen von Nachrichten zu verwenden?

Es lohnt sich, eine solche Gelegenheit in Betracht zu ziehen. Werfen wir einen Blick auf diese Idee.



Stellen Sie sich vor, Sie haben zwei Münzen, von denen jede mit Kopf oder Zahl gezogen werden kann. Einer ist bei dir, der andere ist bei mir und wir sind sehr weit voneinander entfernt. Wir werfen sie, fangen sie und legen sie auf den Tisch. Wenn wir uns die Münze ansehen, erwarten wir, dass jeder von uns eine 50/50 Chance hat, den Adler und 50/50 die Schwänze zu öffnen. Im gewöhnlichen, entwirrten Universum werden unsere Ergebnisse mit Ihnen nicht voneinander abhängen. Wenn Sie einen Adler bekommen, habe ich immer noch eine 50/50-Chance, einen Adler oder Schwänze zu bekommen. Aber unter besonderen Umständen können die Ergebnisse verwirrend sein, das heißt, wenn Sie einen Adler bekommen, können Sie 100% sicher sein, dass ich Schwänze habe - noch bevor ich es Sie wissen lasse. Sie werden es sofort wissen, auch wenn zwischen uns Lichtjahre liegen.


Quantenmechanischer Bell-Test für Teilchen mit halbzahligem Spin

In der Quantenphysik werden nicht Münzen verwirrt, sondern einzelne Teilchen, Elektronen oder Photonen, und dann hat beispielsweise jedes der Photonen einen Spin von +1 oder -1. Wenn Sie den Spin eines von ihnen messen, können Sie den Spin des anderen sofort erkennen, selbst wenn er ein halbes Universum voneinander entfernt ist. Bis Sie den Spin dieser Partikel messen, existieren sie in einem unbestimmten Zustand. Wenn Sie jedoch eine messen, erkennen Sie die zweite sofort. Auf der Erde haben wir ein Experiment durchgeführt, bei dem zwei verschränkte Photonen viele Kilometer voneinander entfernt waren, und wir haben ihre Spins mit einem Intervall von weniger als einigen Nanosekunden gemessen. Wir fanden heraus, dass wenn einer von ihnen +1 war, wir wussten, dass der andere -1 10.000 Mal schneller ist, als die Lichtgeschwindigkeit es uns erlauben würde, diese Informationen zu übertragen.



Kehren wir zur Frage von Olivier zurück: Kann diese Verwirrung genutzt werden, um Nachrichten von einem entfernten Sternensystem an unser zu übertragen? Im Prinzip ja, wenn die an einem entfernten Punkt vorgenommene Messung als eine der Kommunikationsformen angesehen wird. Wenn Sie jedoch von Nachrichten sprechen, meinen Sie höchstwahrscheinlich, dass Sie etwas über den entfernten Punkt wissen möchten. Sie können beispielsweise ein Teilchen in einem unbestimmten Zustand halten, es an einen entfernten Stern senden und die Aufgabe festlegen, einen felsigen Planeten in der bewohnbaren Zone zu finden. Wenn das System den Planeten findet, zwingt die Messung das Teilchen, den Zustand +1 zu akzeptieren, und wenn es ihn nicht findet, gibt die Messung dem Teilchen den Zustand -1.



Daher scheint es, dass sich das Teilchen auf der Erde, wenn Sie es messen, entweder im Zustand -1 befindet, was bedeutet, dass das Raumschiff einen felsigen Planeten in der bewohnten Zone gefunden hat, oder im Zustand +1, was bedeutet, dass es dort keinen Planeten gibt . Wenn Sie wissen, dass eine Messung stattgefunden hat, sollten Sie in der Lage sein, Ihre Messung durchzuführen und sofort den Zustand dieses Partikels herauszufinden, der wahrscheinlich viele Lichtjahre von Ihnen entfernt ist.


Wellenmuster beim Durchgang von Elektronen durch zwei Schlitze. Wenn wir messen, durch welche spezifische Lücke die Elektronen gehen, wird das Bild der Quanteninterferenz verletzt.

Ein brillanter Plan, aber er hat ein Problem: Verschränkung funktioniert nur, wenn Sie das Teilchen fragen: „In welchem ​​Zustand befinden Sie sich?“. Wenn Sie ein verwickeltes Teilchen zwingen, einen Zustand anzunehmen, verletzen Sie die Verschränkung, und die Messung auf der Erde hängt nicht von den Messungen eines entfernten Sterns ab. Wenn Sie einfach den Zustand eines entfernten Teilchens messen, sei es +1 oder -1, erhalten Sie bei Ihrer Messung auf der Erde -1 bzw. +1, und Sie kennen den Zustand des entfernten Sterns. Wenn Sie jedoch ein entferntes Teilchen zwingen, einen Zustand von +1 oder -1 zu akzeptieren, bedeutet dies unabhängig vom Ergebnis, dass sich Ihr Teilchen auf der Erde in einem Zustand von +1 oder -1 mit 50/50 Chancen befindet.


Quantenlöschversuch

Dies ist eine der dunkelsten Eigenschaften der Quantenphysik: Verschränkung kann verwendet werden, um Informationen über eine Komponente eines Systems zu erhalten, wenn Sie den vollständigen Zustand kennen, und Sie messen den Zustand einer anderen Komponente, aber nicht, um Informationen von einem Teil eines verschränkten Systems zu einem anderen zu erstellen und zu übertragen. Eine knifflige Idee, Olivier, aber es gibt keine Kommunikation mit einer Geschwindigkeit, die schneller als Licht ist.


Der Effekt der Quantenteleportation wird mit einem schnelleren Reisen als Licht verwechselt. Tatsächlich werden Informationen nicht schneller als Licht übertragen

Die Quantenverschränkung ist eine erstaunliche Eigenschaft und kann für verschiedene Zwecke verwendet werden, beispielsweise in einem idealen Schloss- / Schlüsselsystem. Aber ist Kommunikation schneller als Licht? Um zu verstehen, warum dies unmöglich ist, müssen Sie die Schlüsseleigenschaft der Quantenphysik verstehen: Wenn Sie einen Teil eines verschränkten Systems zum Übergang in einen bestimmten Zustand zwingen, können Sie keine Informationen über diesen Zustand erhalten, indem Sie den verbleibenden Teil messen. Wie die berühmte Aussage von Niels Bohr sagt:

Wenn Sie die Quantenmechanik noch nicht schockiert hat, verstehen Sie sie einfach noch nicht.

Das Universum würfelt ständig mit uns, sehr zu Einsteins großem Leidwesen. Aber die Natur stört selbst unsere besten Betrugsversuche in diesem Spiel. Wenn nur alle Richter mit den Schiedsrichtern so streng wären wie die Gesetze der Quantenphysik!