Drei Wissenschaftler gewannen dieses Jahr gemeinsam den Preis Nobelpreis für Physik Dienstag für den Beweis, dass winzige Partikel auch dann eine Verbindung zueinander aufrechterhalten können, wenn sie getrennt sind – ein Phänomen, das einst bezweifelt wurde, jetzt aber für potenzielle reale Anwendungen wie die Verschlüsselung von Informationen erforscht wird.
Franzose Alain Aspect, Amerikaner John F. Klausel und der Österreicher Anton Zeilinger wurden von der Königlich Schwedischen Akademie der Wissenschaften für Experimente zitiert, die bewiesen, dass das „völlig verrückte“ Gebiet der Quantenverschränkungen nur allzu real ist. Sie zeigten, dass unsichtbare Teilchen wie Photonen auch dann miteinander verbunden oder „verschränkt“ sein können, wenn sie über große Entfernungen voneinander entfernt sind.
Alles geht auf ein Merkmal des Universums zurück, das sogar Albert Einstein verblüffte und Materie und Licht auf eine verworrene, chaotische Weise verbindet.
Informations- oder Materieteile, die früher nebeneinander lagen, obwohl sie jetzt getrennt sind, haben eine Verbindung oder Beziehung – etwas, das möglicherweise dabei helfen kann, Informationen zu verschlüsseln oder sogar zu teleportieren. Ein chinesischer Satellit demonstriert dies nun und auch potenziell blitzschnelle Quantencomputer, die sich noch im kleinen und nicht ganz brauchbaren Stadium befinden, basieren auf dieser Verschränkung. Andere hoffen sogar, es in supraleitendem Material einzusetzen.
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„Es ist so seltsam“, sagte Aspect über die Verstrickung in ein Telefonat mit dem Nobelkomitee. „Ich akzeptiere in meinen geistigen Bildern etwas, das völlig verrückt ist.“
Doch die Experimente des Trios zeigten, dass es im wirklichen Leben passiert.
„Warum das passiert, ist mir nicht ganz klar“ Klausel sagte The Associated Press während eines Zoom-Interviews, in dem er den offiziellen Anruf von der Schwedischen Akademie erhielt, einige Stunden nachdem Freunde und Medien ihn über seine Auszeichnung informiert hatten. „Ich verstehe nicht, wie es funktioniert, aber die Verstrickung scheint sehr real zu sein.“
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Seine Mitgewinner sagten auch, sie könnten das Wie und Warum hinter diesem Effekt nicht erklären. Aber jeder von ihnen führte immer kompliziertere Experimente durch, die bewiesen, dass dies der Fall ist.
Klausel, 79, erhielt seinen Preis für ein Experiment aus dem Jahr 1972, das mit geplünderter Ausrüstung zusammengebastelt wurde und dazu beitrug, eine berühmte Debatte über die Quantenmechanik zwischen Einstein und einem berühmten Physiker beizulegen Niels Bohr. Einstein beschrieb „eine gruselige Aktion aus der Ferne“, von der er glaubte, dass sie irgendwann widerlegt werden würde.
„Ich habe auf Einstein gewettet“ Klausel sagte. „Aber leider habe ich mich geirrt und Einstein hatte Unrecht und Bohr hatte Recht.“
Aspect sagte, Einstein habe vielleicht technisch falsch gelegen, gebührt aber große Anerkennung dafür, dass er die richtige Frage gestellt hat, die zu Experimenten geführt hat, die die Quantenverschränkung beweisen.
„Die meisten Menschen gehen davon aus, dass die Natur aus Stoff besteht, der über Raum und Zeit verteilt ist“, sagte er Klausel, der als Gymnasiast in den 1950er Jahren ein Videospiel auf einem Vakuumröhrencomputer baute. „Und das scheint nicht der Fall zu sein.“
Die Arbeit zeigt, dass „Teile des Universums – sogar solche, die weit voneinander entfernt sind – miteinander verbunden sind“, sagte der Johns-Hopkins-Physiker N. Peter Armitage. „Das ist so etwas unintuitiv und etwas, das so sehr im Widerspruch dazu steht, wie die Welt unserer Meinung nach sein „sollte“.
Dieses schwer zu verstehende Gebiet begann mit Gedankenexperimenten. Aber was in gewisser Weise philosophische Überlegungen zum Universum sind, birgt auch die Hoffnung auf sicherere und schnellere Computer, die alle auf verschränkten Photonen und Materie basieren, die immer noch interagieren, egal wie weit sie entfernt sind.
„Bei meinen ersten Experimenten wurde ich manchmal von der Presse gefragt, wozu sie gut seien.“ Zeilinger, 77, sagte Reportern in Wien. „Und ich sagte voller Stolz: ‚Es nützt nichts.‘ Ich mache das rein aus Neugier.‘“
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Bei der Quantenverschränkung ermöglicht die Herstellung gemeinsamer Informationen zwischen zwei Photonen, die nicht nahe beieinander liegen, „Dinge wie geheime Kommunikation auf eine Weise durchzuführen, die vorher nicht möglich war“, sagte David Haviland, Vorsitzender des Nobelkomitees für Physik.
Quanteninformationen „haben weitreichende und potenzielle Auswirkungen auf Bereiche wie sichere Informationsübertragung, Quantencomputer und Sensortechnologie“, sagte Eva Olsson, ein Mitglied des Nobelkomitees. „Seine Vorhersagen haben Türen zu einer anderen Welt geöffnet und auch die Grundlagen unserer Interpretation von Messungen erschüttert.“
Die Art der sicheren Kommunikation, die China nutzt Mäuse Satellite – wie auch von einigen Banken – sei eine „Erfolgsgeschichte der Quantenverschränkung“, sagte er Harun Siljak des Trinity College Dublin. Durch die Verwendung eines verschränkten Partikels zur Erstellung eines Verschlüsselungsschlüssels wird sichergestellt, dass nur die Person mit dem anderen verschränkten Partikel die Nachricht entschlüsseln kann und „das zwischen diesen beiden Seiten geteilte Geheimnis ein echtes Geheimnis ist“. Siljak sagte.
Während die Quantenverschränkung „unglaublich cool“ sei, sei der Sicherheitstechnologe Bruce Schneier, der in Harvard lehrt, sagte, es stärke einen bereits sicheren Teil der Informationstechnologie, während andere Bereiche, einschließlich menschlicher Faktoren und Software, ein größeres Problem darstellen. Er verglich es mit der Installation einer Seitentür mit 25 Schlössern an einem ansonsten unsicheren Haus.
Auf einer Pressekonferenz sagte Aspect, reale Anwendungen wie der Satellit seien „fantastisch“.
„Ich denke, wir haben Fortschritte in Richtung Quantencomputing. Ich würde nicht sagen, dass wir nah dran sind“, sagte der 75-jährige Physiker. „Ich weiß nicht, ob ich es in meinem Leben erleben werde. Aber ich bin ein alter Mann.“
Auf einer Pressekonferenz nach der Bekanntgabe teilte die Universität Wien mit Zeilinger sagte, er sei „immer noch irgendwie schockiert“, als er hörte, dass er die Auszeichnung erhalten hatte.
Klausel, Aspekt und Zeilinger sind seit mehr als einem Jahrzehnt Teil der Spekulationen um Nobelpreisträger. 2010 gewannen sie in Israel den Wolf-Preis, der als möglicher Vorläufer des Nobelpreises gilt.
Das sagte das Nobelkomitee Klausel entwickelte Quantentheorien, die erstmals in den 1960er Jahren vorgestellt wurden, in ein praktisches Experiment. Aspect konnte eine Lücke in diesen Theorien schließen Zeilinger demonstrierten ein Phänomen namens Quantenteleportation, das die effektive Übertragung von Informationen über Entfernungen ermöglicht.
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„Durch die Verschränkung kann man alle Informationen, die ein Objekt trägt, an einen anderen Ort übertragen, wo das Objekt sozusagen wiederhergestellt wird.“ Zeilinger sagte. Er fügte hinzu, dass dies nur für winzige Partikel funktioniert.
„Es ist nicht wie in den Star-Trek-Filmen (wo man ist), etwas, schon gar nicht die Person, über eine gewisse Distanz zu transportieren“, sagte er.
Am Montag begann mit schwedischen Wissenschaftlern eine Woche voller Nobelpreisankündigungen Swante Paabo erhielt am Montag die Auszeichnung in Medizin für die Entschlüsselung der Geheimnisse der Neandertaler-DNA, die wichtige Erkenntnisse über unser Immunsystem lieferten.
Chemie ist am Mittwoch und Literatur am Donnerstag. Der Friedensnobelpreis wird am Freitag und der Wirtschaftspreis am 10. Oktober bekannt gegeben.
Die Preise sind mit 10 Millionen schwedischen Kronen (fast 900,000 US-Dollar) dotiert und werden am 10. Dezember verliehen. Das Geld stammt aus einem Vermächtnis des Preisschöpfers, des 1895 verstorbenen schwedischen Dynamit-Erfinders Alfred Nobel.
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Jordans berichtet aus Berlin, Borenstein aus Kensington, Maryland und Burakoff von New York. David Keyton in Stockholm und Masha Macpherson herein Palaiseau, Frankreich, hat beigetragen.
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