Jedes von ihnen (also von den Photonen, nicht von Alice und Bob) kann in einem Zustand sein – ich schreibe einfach die beiden Zustände nebeneinander (im ersten Teil habe ich gesagt, dass man Zustände nicht multiplizieren darf, aber hier geht das, weil die Zustände zu unterschiedlichen Photonen gehören). Ein einfacher Zustand für die beiden Photonen wäre
In diesem Zustand sind beide Photonen senkrecht polarisiert – verschränkt ist da noch nichts.
Wir können auch die beiden Photonen jeweils in einem Überlagerungszustand haben. Nehmen wir an, beide sind unter -45° polarisiert, das würde dann so aussehen:
Die linke Klammer beschreibt das eine Photon, die rechte das andere. Ihr könnt diesen Zustand umschreiben, wenn ihr die Klammern ausmultipliziert – dabei gelten die ganz üblichen Rechenregeln. Wenn ihr (und ich) alles richtig macht, dann ist das Ergebnis:
Jede der vier Möglichkeiten für die beiden Polarisationen hat eine Wahrscheinlichkeit von 1/4.
Was passiert, wenn ihr beispielsweise das linke Photon (das, das nach links zu Alice fliegt und zu dem der linke Zustand gehören soll) durch einen Polfilter schickt und messt? Nehmt an, der Polfilter ist senkrecht orientiert und das Photon kommt durch den Filter durch. Wie sieht dann der Zustand hinterher aus? (Wendet einfach ohne langes Nachdenken die Regeln aus dem ersten Teil an).
Im ersten Teil haben wir gelernt, dass man alle Terme wegstreicht, die nicht zur Messung passen, und dann den Vorfaktor so anpasst, das alle Wahrscheinlichkeiten stimmen. Wegstreichen müssen wir also die Terme, bei denen das erste Photon im Zustand ist. Der verbleibende Zustand ist
Und das können wir wieder umschreiben als
Was sagt uns das? Der Zustand des rechten Photons wird von dem des linken überhaupt nicht beeinflusst. Nix mit quantenmystischer Verschränkung. Aber keine Sorge, wir können unsere Photonen problemlos verschränken. (Wie man’s technisch macht, erkläre ich hier nicht, vielleicht ein andermal). Dazu bauen wir diesen Zustand hier:
.
Stellt euch dasselbe Experiment wie eben vor – wieder passiert das linke Photon den senkrechten Polfilter. Was heißt das für den Zustand?
Der Zustand ergibt sich wie sonst auch, indem man die Terme wegstreicht, die nicht zur Messung passen. Das ist hier der zweite Term. Was übrig bleibt ist also nur .
Das rechte Photon, für sich allein betrachtet, war vorher im Zustand , aber nach der Messung des linken Photons hat sich der Zustand des rechten Photons geändert.
Und das (Ta-daa!) ist jetzt die quantenmechanische Verschränkung.
Wir weisen die Verschränkung nach
“Halt, Stopp,” mag jetzt der eine oder die andere rufen, “sooo einfach ist es doch nun wirklich nicht. Ich messe, dass die beiden Photonen immer dieselbe Polarisation haben, o.k. Und weil das ganze ein statistisches Geschäft ist, messe ich in 50% der Fälle die senkrechte und in 50% der Fälle die waagerechte Polarisation. Dafür brauche ich keine Quantenmechanik. Wer sagt denn, dass die Photonen nicht einfach in 50% der Fälle gleich mit der einen Polarisation losfliegen und in 50% der Fälle mit der anderen? Das kann ich mit diesem Experiment überhaupt nicht nachweisen.”
Richtig. Stimmt genau. Um die Verschränkung wirklich nachzuweisen (und nicht einfach nur zu glauben), müssen wir beweisen, dass die Photonen nicht schon beim Losfliegen eine eindeutige Polarisation haben. Momentan können wir das Experiment noch so interpretieren:
Beim Aussenden der Photonen entscheidet sich, ob die beiden Photonen im Zustand oder im Zustand . Jeden dieser Zustände haben sie mit einer Wahrscheinlichkeit von 50%.
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