Neue Experimente zur Quanteneigenschaft, die Einstein verblüffte

Einer der Gründe, warum Albert Einstein die Quantenphysik ablehnte, besteht darin, dass sie scheinbar sofortige Fernwirkungen vorhersagt, Einflüsse, die sich scheinbar schneller als mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten. 2022 erhielten Alain Aspect, John Clauser und Anton Zeilinger den Nobelpreis für Physik für ihre Experimente, mit denen sie die Quanten-„Nichtlokalität“ bestätigten: die Existenz von Korrelationen, die sich nicht durch Theorien „verborgener Variablen“ erklären lassen, in denen Beobachter über einen freien Willen verfügen (um zu entscheiden, welche Messungen sie vornehmen) und Kommunikation bei Überlichtgeschwindigkeit unmöglich ist. Die mit dem Nobelpreis ausgezeichneten Experimente klären den dafür verantwortlichen Mechanismus jedoch nicht. Eine Möglichkeit ist, dass verborgene Variablen bestimmen, welche Messungen vorgenommen werden: Der freie Wille, von dem die Physiker glauben, dass sie ihn haben, wäre eine Illusion. Eine andere Möglichkeit ist, dass überlichtschnelle Kommunikation möglich ist. Eine dritte Möglichkeit ist, dass verborgene Variablen nicht existieren.

In einem in Nature Communications veröffentlichten Artikel von Carlos Vieira, Ravishankar Ramanathan und Adán Cabello von den Universitäten Campinas (Brasilien), Hongkong und Sevilla heißt es, dass es möglich sei, neue Experimente durchzuführen, die es uns ermöglichen, zwischen diesen Möglichkeiten zu entscheiden.

„Mindestens eine der Annahmen, die lokalen Theorien verborgener Variablen zugrunde liegen, muss fehlschlagen. Hier [im Nature Communications- Artikel] zeigen wir, dass, wenn nur eine Annahme fehlschlägt, diese Annahme vollständig fehlschlagen muss. Damit schließen wir Theorien verborgener Variablen aus, die den freien Willen teilweise einschränken oder sofortige Fernwirkungen teilweise zulassen“, argumentieren die Forscher.

Nicolas Gisin von der Universität Genf in der Schweiz erklärt gegenüber New Scientist, dass die Arbeit dazu beitragen könnte, einige Missverständnisse darüber auszuräumen, warum die Quantentheorie „nichtlokal“ sei: „Die experimentelle Verletzung der Bellschen Ungleichung ist erwiesen. Das ist bereits geschehen. Aber man muss immer Annahmen hinzufügen, wenn man ein Theorem haben will“, sagt Gisin.

Wir machen das seit 100 Jahren, und jeder äußert seine Meinung. Aber wir sollen Wissenschaft betreiben. Unsere Arbeit ist, mit allen Absichten der Welt, völlig aseptisch. Man muss sich ansehen, was die Experimente aussagen. Manche mögen den Mangel an freiem Willen abstoßen, aber es ist eine logische Möglichkeit. Deshalb werden wir es wissenschaftlich untersuchen. Manche mögen, wie Einstein, von sofortigen Fernwirkungen abgestoßen sein, aber es ist eine logische Möglichkeit in dieser Debatte, also werden wir versuchen, es wissenschaftlich zu erforschen. Es ist keine Frage der Meinung; wir gehen ins Labor und sehen, was passiert“, argumentiert Adán Cabello .

Die Frage nach dem fehlenden freien Willen kann auch den Glauben an den Superdeterminismus befeuern. Der argentinische Astrophysiker und Philosoph Gustavo E. Romero fasst dieses Konzept wie folgt zusammen: „Umgangssprachlich würde es bedeuten, dass alle Ereignisse im Universum durch einen gemeinsamen Anfang determiniert sind. Alle Zustände wurden durch einen vergangenen Zustand definiert. Mit anderen Worten: Es herrscht strikter Determinismus im Universum.“

„Meiner Meinung nach gibt es philosophische Gründe für die Annahme, dass es keinen freien Willen gibt und dass dies keinen Sinn ergibt“, argumentierte Romero kürzlich in einem Interview: „Im kosmologischen Kontext war das gesamte Universum ursprünglich so kompakt, dass im Grunde alle Systeme kausal miteinander verbunden waren. Der Mensch gehorcht den Naturgesetzen genauso wie alles andere, was existiert, alles Natürliche.“

Neben den philosophischen Aspekten hat die Forschung von Vieira, Ramanathan und Cabello auch praktische Anwendungen. Cabello weist darauf hin, dass die Kryptografie das Sicherheitsniveau erhöhen würde. „In aktuellen Systemen geht man davon aus, dass der Angreifer nicht entscheiden kann, welche Maßnahmen ergriffen werden. Er könnte jedoch die Zufallszahlengeneratoren, die zur Auswahl der Maßnahmen verwendet werden, hacken und die Sicherheit gefährden. Wir zeigen, dass die Sicherheit auch in diesem Fall wiederhergestellt werden kann, sofern der Hack nur teilweise erfolgt.“

Quantencomputer bieten auch praktische Anwendungsmöglichkeiten. Ramanathan erklärte gegenüber New Scientist , dass Quantencomputer von der Entdeckung profitieren könnten, da das Problem, dass einige Teile des Computers unerwünschte Einflüsse auf andere Teile haben, gemildert werden könne.