Einstein's brilliant mistake: Entangled states - Chad Orzel

Übersetzung: Johannes Duschner Lektorat: Angelika Lueckert Leon

Albert Einstein played a key role in launching quantum mechanics

Albert Einstein war maßgeblich an der Begründung der Quantenmechanik

durch seine Theorie des photoelektrischen Effekts beteiligt,

through his theory of the photoelectric effect

but remained deeply bothered by its philosophical implications.

blieb aber tief beunruhigt wegen ihrer philosophischen Folgen.

And though most of us still remember him for deriving E=MC^2,

Obwohl die meisten sich an ihn wegen der Ableitung E=MC^2 erinnern,

his last great contribution to physics was actually a 1935 paper,

war sein letzter Beitrag zur Physik eine Veröffentlichung im Jahr 1935,

coauthored with his young colleagues Boris Podolsky and Nathan Rosen.

die er zusammen mit den jüngeren Kollegen Boris Podolsky und Nathan Rosen verfasste.

Regarded as an odd philosophical footnote well into the 1980s,

Bis weit in die 1980er hinein als seltsame philosophische Fußnote betrachtet,

this EPR paper has recently become central to a new understanding of quantum physics,

wurde dieses EPR-Papier vor Kurzem zentral für das neue Verständnis der Quantenphysik

with its description of a strange phenomenon

und zwar mit seiner Beschreibung eines seltsamen Phänomens

now known as entangled states.

namens Quantenverschränkung.

The paper begins by considering a source that spits out pairs of particles,

Der Aufsatz beginnt mit der Betrachtung einer Quelle, die Teilchenpaare auswirft,

each with two measurable properties.

die zwei messbare Eigenschaften haben.

Each of these measurements has two possible results

Jede Messung ergibt zwei mögliche Ergebnisse

of equal probability.

mit gleich hoher Wahrscheinlichkeit.

Let's say zero or one for the first property,

Null oder Eins für die erste Eigenschaft

and A or B for the second.

und A oder B für die zweite.

Once a measurement is performed,

Wurde eine Messung durchgeführt,

subsequent measurements of the same property in the same particle

ergeben nachfolgende Messungen derselben Eigenschaft desselben Teilchens

will yield the same result.

dasselbe Ergebnis.

The strange implication of this scenario

Die seltsame Folge dieses Szenarios

is not only that the state of a single particle

ist nicht nur, dass der Zustand eines einzelnen Teilchens unbestimmt ist,

is indeterminate until it's measured,

bis es gemessen wurde,

but that the measurement then determines the state.

sondern die Messung den Zustand festlegt.

What's more, the measurements affect each other.

Was noch wichtiger ist: Die Messung beeinflussen sich gegenseitig.

If you measure a particle as being in state 1,

Misst man ein sich im Zustand 1 befindliches Teilchen

and follow it up with the second type of measurement,

und danach auf die zweite Art,

erhält man mit einer Wahrscheinlichkeit von 50 % entweder A oder B als Ergebnis,

you'll have a 50% chance of getting either A or B,

but if you then repeat the first measurement,

aber wenn man dann die erste Messung wiederholt,

you'll have a a 50% chance of getting zero

ist mit einer Wahrscheinlichkeit von 50 % das Resultat gleich Null,

even though the particle had already been measured at one.

selbst wenn für das Teilchen der Zustand 1 gemessen wurde.

So switching the property being measured scrambles the original result,

Das Wechseln der Eigenschaft, die gemessen wird,

verändert das ursprüngliche Ergebnis,

allowing for a new, random value.

indem es einen neuen, zufälligen Wert ermöglicht.

Things get even stranger when you look at both particles.

Die Sache wird noch seltsamer, wenn man sich beide Teilchen ansieht.

Each of the particles will produce random results,

Jedes der Teilchen wird zufällige Ergebnisse hervorbringen,

but if you compare the two,

aber vergleicht man die beiden,

you will find that they are always perfectly correlated.

korrelieren sie perfekt miteinander.

For example, if both particles are measured at zero,

Zum Beispiel: Wenn für beide Teilchen 0 gemessen wurde,

the relationship will always hold.

wird diese Beziehung immer beibehalten.

The states of the two are entangled.

Die Zustände der beiden sind verschränkt.

Measuring one will tell you the other with absolute certainty.

Die Messung des einen, weist mit absoluter Sicherheit,

auf den Zustand des anderen hin.

But this entanglement seems to defy Einstein's famous theory of relativity

Aber die Quantenverschränkung scheint

gegen Einsteins berühmte Relativitätstheorie zu verstoßen,

because there is nothing to limit the distance between particles.

weil es keine Begrenzung für den Abstand zwischen Teilchen gibt.

If you measure one in New York at noon,

Misst man eines in New York am Mittag

and the other in San Francisco a nanosecond later,

und das andere in San Francisco eine Nanosekunde später,

they still give exactly the same result.

zeigen sie immer noch dasselbe Ergebnis.

But if the measurement does determine the value,

Aber wenn die Messung den Wert bestimmt,

then this would require one particle sending some sort of signal to the other

dann müsste ein Teilchen eine Art Signal zum anderen senden,

at 13,000,000 times the speed of light,

13.000.000-mal schneller als das Licht,

which according to relativity, is impossible.

was unmöglich ist, gemäß der Relativitätstheorie.

For this reason, Einstein dismissed entanglement as "spuckafte ferwirklung,"

Deswegen lehnte Einstein die Verschränkung als "spukhafte Fernwirkung" ab.

or spooky action at a distance.

He decided that quantum mechanics must be incomplete,

Er entschied, die Quantenmechanik müsse unvollständig sein,

a mere approximation of a deeper reality in which both particles

eine bloße Annäherung an eine tiefere Wirklichkeit,

in der beide Teilchen vorbestimmte Zustände haben,

have predetermined states that are hidden from us.

die uns verborgen bleiben.

Supporters of orthodox quantum theory lead by Niels Bohr

Anhänger der orthodoxen Quantentheorie, angeführt von Niels Bohr,

maintained that quantum states really are fundamentally indeterminate,

behaupteten, Quantenzustände seien grundsätzlich unbestimmt

and entanglement allows the state of one particle

und die Verschränkung ermögliche den Zustand eines Teilchens

to depend on that of its distant partner.

von dem des entfernten Partners abhängig sein zu lassen.

For 30 years, physics remained at an impasse,

30 Jahre steckte die Physik in einer Sackgasse,

until John Bell figured out that the key to testing the EPR argument

bis John Bell den Schlüssel zum Test des EPR-Arguments darin fand,

was to look at cases involving different measurements on the two particles.

die Fälle mit unterschiedlichen Messungen zweier Teilchen anzusehen.

The local hidden variable theories favored by Einstein, Podolsky and Rosen,

Die Hypothese der lokalen verborgenen Variable,

die von Einstein, Podolsky und Rosen bevorzugt wurde,

strictly limited how often you could get results like 1A or B0

begrenzte streng, wie oft man Ergebnisse wie 1A oder B0 erhalten könnte,

because the outcomes would have to be defined in advanced.

weil die Resultate im Voraus definiert werden müssten.

Bell showed that the purely quantum approach,

Bell zeigte auf, dass der reine Quanten-Ansatz,

where the state is truly indeterminate until measured,

wo der Zustand bis zur Messung wirklich unbestimmt ist,

has different limits and predicts mixed measurement results

verschiedene Beschränkungen hat und gemischte Messergebnisse vorhersagt,

that are impossible in the predetermined scenario.

die für das vorherbestimmte Szenario unmöglich sind.

Once Bell had worked out how to test the EPR argument,

Sobald Bell den Test des EPR-Arguments ausgearbeitet hatte,

physicists went out and did it.

machten Physiker sich daran ihn durchzuführen.

Beginning with John Clauster in the 70s and Alain Aspect in the early 80s,

Angefangen bei John Clauster in den 70ern und Alain Aspect in den frühen 80ern

dozens of experiments have tested the EPR prediction,

haben in dutzenden Experimenten die EPR-Vorhersage getestet

and all have found the same thing:

und alle haben dasselbe herausgefunden:

quantum mechanics is correct.

Die Quantenmechanik ist zutreffend.

The correlations between the indeterminate states of entangled particles are real

Die Korrelationen zwischen

unbestimmten Zuständen verschränkter Teilchen sind real

and cannot be explained by any deeper variable.

und können nicht durch irgendwelche tiefgründigeren Variablen erklärt werden.

The EPR paper turned out to be wrong but brilliantly so.

Das EPR-Papier lag falsch, aber auf brillante Weise.

By leading physicists to think deeply about the foundations of quantum physics,

Indem es Physiker dazu anleitete,

tiefer über die Grundlagen der Quantenphysik nachzudenken,

it led to further elaboration of the theory

führte es zu weitergehender Ausarbeitung der Theorie

and helped launch research into subjects like quantum information,

und half, Forschung über Themen wie Quanteninformation anzustoßen,

now a thriving field with the potential to develop computers of unparalleled power.

das jetzt ein gedeihendes Feld ist,

mit dem Potential, Computer ohne vergleichbare Leistung zu entwickeln.

Unfortunately, the randomness of the measured results

Leider verhindert die Zufälligkeit der gemessenen Ergebnisse

prevents science fiction scenarios,

Science-Fiktion-Szenarios, wie ein Einsetzen verschränkter Teilchen,

like using entangled particles to send messages faster than light.

um Nachrichten schneller als Licht zu versenden.

So relativity is safe, for now.

Die Relativitätstheorie ist in Sicherheit. Vorerst.

But the quantum universe is far stranger than Einstein wanted to believe.

Aber das Quantenuniversum ist eigenartiger als Einstein glauben wollte.