Verschränkung

1. Verschränkung Zweiteilchen Zustände EPR Paradoxon Bell Ungleichung

2. ZweiteilchenPolarisationszustände • 4 sichgegenseitigausschließendeZweiteilchenZustände: Alice Bob • Man kann eine Messung mit 2 Polarisationsfilter konstruieren mit der man zwischen diesen 4 Zuständen unterscheiden kann. • Jeder Zustand im Zweiteilchen Raum ist eine Superposition dieser 4 Basiszustände=> Diese 4 Zustände bilden eine Basis für diesen Zweiteilchenraum.

3. Herstellung von verschränktenZuständen

4. . Herstellung von verschränktenZuständen

5. Eigenschaften des verschränktenZustands • Wenn ich eines der Teilchen durch einen Polarisationsfilter mit beliebiger Ausrichtung schicke, so wird es mit Wahrscheinlichkeit ½ absorbiert. • Nach der Messung des ersten Teilchens ist der Zustand des zweiten Teilchens bestimmt:Das zweite Teilchen ist dann im selben Zustand wie das erste Teilchen gemessen wurde Da die Messung am ersten Teilchen Auswirkung auf den Zustand des zweiten Teilchens hat, spricht man hier von einem verschränkten Zustand. Verschränkte Gickse sind im Zustand:

6. Bell, EPR Versuchsaufbau

7. Hidden variables Idee: Messergebnis für alle Messungen im Vorhinein bestimmt (nicht nur für spinup, down Messung) Bob’s Alice’s

8. EPR Paradoxon(Versuch die QM aufs Glatteis zu führen) • Annahme: Messungen sind nicht vorherbestimmt (keine hidden variables) • EPR Photonenpaar erzeugen • Photonen des EPR Zustands sehr weit voneinander entfernen • Photonpolarisation in Richtung α messen • Messergebnis für zweite Photonpolarisation in Richtung α bestimmt=> Messergebnis des zweiten Photons Gegenstand der Realität=> Es musste mit Überlichtgeschwindigkeit Gegenstand der Realität werden • Wenn ich das nicht will: Messung war immer schon vorherbestimmt!

9. Das EPR Paradoxon ermöglicht es nicht Informationen mit Überlichtgeschwindigkeit zu übertragen!!

10. Bell, EPR Versuchsaufbau Alice Bob

11. Bell Ungleichungen • Kann ich eine lokale, deterministische Theorie konstruieren? • Ja! • Kann ich eine lokale, deterministische Theorie konstruieren, welche die Natur beschreibt? • Nein!, denn die Natur erfüllt die Bell Ungleichungen nicht!

12. Bell UngleichungVorgangsweise • Wir nehmen an die Theorie wäre lokal und deterministisch • Folgern die Bell Ungleichungen • Sehen, dass die Quantenmechanik die Bell Ungleichung nicht erfüllt

13. Konsequenz von “Hidden Variables” Messergebnisse bei Alice und Bob sind von vornherein bestimmt => Ich kann die Gesamtheit aller Zustände in solche wo bei Alice die Polarisiationsrichtung α gemessen wird (= Zustände in w), und solche wo sie nicht gemessen wird (= Zustände im Komplement von w) einteilen!

14. Lokal, deterministischeTheorie=> MessePolarisationsrichtungbei Alice durchMessungbei Bob Wennbei Bob die Polarisationsrichtung α gemessenwird, so wird Alice (in diesemZustand) ebenfallsimmer die Polarisationsrichtung α messen • Da wir von einerlokalenTheorieausgehen, kann das Teilchenbei Alice nichtinstantan das Messergebnisbei Bob erhalten • Der Zustandbei Alice isteinerbeidem das Teilchen von einemPolarisationsfilter in Richtung α durchgelassenwirdund damitist der Gesamtzustand in w:

15. Die Bell Ungleichung (gilt für Theorien mit „Hidden Variables“)(Zustände in w,a,f= Zustände, wo das Photon bei Alice mit Polarisationsrichtung α,β,γ gemessen wird) n(w,a)= Zustände, die in w und a liegen

16. Messung, ob die Bell Ungleichungerfülltist Bellsche Ungleichung: p(α, β) = Zustände die bei Alice mit Polarisationsrichtung α und bei Bob mit Polarisationsrichtung β gemessen werden Für bedeutet die BellscheUngleichung: p(α, β) - p(α, γ) ≤ p(β,¬γ) Für hingegen: p(α, ¬β) - p(α, ¬γ) ≤ p(β,γ)

17. Messung von Polarisationsrichtungen • Θ= Winkel zwischen Polarisation und Polarisationsfilter • Wahrscheinlichkeit, dass Licht durchgelassen wird:p(θ)=cos2(θ) • Hier ist θ =30°

18. Messung von Polarisationsrichtungen Alice • Wahrscheinlichkeit, dass beide durchgelassen werden: p(α, β)= ½  cos2(α - β) • Wahrscheinlichkeit, dass erster durchgeht, zweiter nicht: p(α,¬β) =  ½(1-cos2(α - β))= ½ sin 2(α - β) Bob

19. Bell Ungleichung in der Quantenmechanik verletzt! Für p(α, β) - p(α, γ) -p(β,¬γ) > 0 möglich!

21. Trotzdem Hidden Variables? • Kann ich eine nichtlokale, deterministische Theorie konstruieren, welche die Natur beschreibt? • Ja! • De-Broglie-Bohm-Theorie