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Ionenfalle, in der die Innsbrucker Physiker eine Quantenmessung rückgängig gemacht haben.

Physiker machen Messung rückgängig

Nach den Regeln der Quantentheorie wäre es eigentlich nicht erlaubt - Physiker der Universität Innsbruck haben es aber doch geschafft: Im Prototypen eines Quantencomputers konnte ein Team um den Quantenphysiker Rainer Blatt eine Messung in einem Quantensystem vollständig rückgängig machen.

Quantenphysik 15.02.2013

Fehlerkorrektur-Algorithmus

Die Studie in den "Physical Review Letters":

"Undoing a quantum measurement" von Philipp Schindler et al., erschienen am 14. Februar 2013.

Messungen in quantenmechanischen Systemen sind aufgrund der Eigenschaften der Quantenwelt eine besondere Sache. So lässt sich das Ergebnis einer Messung nicht vorhersagen, auch wenn man den Zustand eines Quantenobjekts sehr genau kennt - die Wissenschaftler sagen dazu, die Messung sei "nicht deterministisch". Misst man aber ein Quantensystem, so ändert sich dadurch auch dessen Zustand. Wobei eine wiederholte Messung mit Sicherheit immer das gleiche Ergebnis liefert. "Eine Messung verändert also das System unwiderruflich", betonen die Physiker.

Ihnen ist es aber trotzdem gelungen, mithilfe eines Rechenschemas für die Fehlerkorrektur in Quantencomputern, einem sogenannten Fehlerkorrektur-Algorithmus, eine Messung wieder rückgängig zu machen. Eigentlich verbietet das die Quantenmechanik explizit, schaut man aber genauer hin, löst sich der Widerspruch auf.

Verteilte Quanteninformation

Quanteninformation kann zum Beispiel in einem Teilchen als Überlagerung von zwei Zuständen ("null" und "eins"), also den unendlich vielen verschiedenen Schwebezuständen zwischen den zwei Möglichkeiten, gespeichert werden. Misst man das Teilchen, wird dadurch dieses Quantenbit entweder auf "null" oder "eins" gesetzt und die Information aus der Überlagerung geht verloren.

Die Physiker nutzen nun ein charakteristisches Phänomen der Quantenmechanik, die Verschränkung. Zwei verschränkte Teilchen bleiben über beliebige Distanzen miteinander verbunden. Was immer man mit einem Teilchen tut, beeinflusst sofort auch den Zustand des anderen Teilchens. Durch quantenmechanische Verschränkung mehrerer Teilchen, lässt sich auch die Quanteninformation eines Teilchens auch auf mehrere Teilchen verteilen.

Genau dies machen die Innsbrucker Physiker: Sie verteilten mit dem Fehlerkorrektur-Algorithmus die Quanteninformation eines einzelnen Teilchens auf drei Teilchen, die Messung erfolgte aber nur auf einem der drei. Der Korrektur-Algorithmus ist dann in der Lage, die Information des gemessenen Teilchens mithilfe der zwei verbleibenden Teilchen zu rekonstruieren. Damit konnte die Messung an dem einen Teilchen wieder rückgängig gemacht und ein ehernes Gesetz der Quantenphysik umgangen werden.

science.ORF.at/APA

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