Quantenverschränkung und Information
In der Welt der Quanten verhalten sich Teilchen anders als die Objekte in der makroskopischen Welt, die wir sehen und berühren können. In der Tat ist die Teilchenverschränkung die interessanteste Konsequenz der Gesetze der Quantenmechanik und eine Voraussetzung für die physikalische Implementierung von Quantencomputern. Das EU-geförderte Projekt ENFOQI (Entanglement and the foundations of quantum information) konzentrierte sich in Experimenten und in theoretischen Untersuchungen auf die Charakterisierung von verschränkten Teilchen. Die Forscher untersuchten die Verschränkung zwischen drei oder mehr Teilchen. Eines der wichtigsten Ergebnisse der Forscher ist die Definition eines berechenbaren Maßes, mit dem echte Verschränkung verifiziert und quantifiziert werden kann. Das neue Kriterium basiert auf der partiell Transponierten von trennbaren Zuständen, die positiv sein müssen. Über diesen Ansatz ermittelten die Forscher Verschränkung in der Umgebung von Dicke-Zuständen. Darüber hinaus identifiziert sie eine neue Klasse von verschränkten Zuständen: die so genannten Hypergraph-Zustände. Diese Verallgemeinerung von Graphen-Zuständen bezieht sich auf Vielteilchenzustände in Wechselwirkung mit lokalen Hilfssystemen. Hypergraph-Zustände treten natürlicherweise bei der Analyse von Quantenalgorithmen auf und können auch für Protokolle für den so genannten Quanten-Fingerabdruck verwendet werden. Solche verschränkte Zustände boten den Forschern einen hervorragenden Prüfstand, um die Feinheiten der Vielteilchenverschränkung zu erforschen. Auf einer grundlegenderen Ebene hängen die Ergebnisse eines Experiments der Quantenmechanik zufolge davon ab, welche Observablen gleichzeitig gemessen werden. Diese Eigenschaft wird als Kontextualität bezeichnet und kann in einem bestimmten Quantenaufbau quantifiziert werden. Die Forschung im Rahmen von ENFOQI etablierte eine Verbindung zwischen dieser Quanten-Kontextualität und theoretischen Konzepten der Quanteninformation. Vor allem aber half ENFOQI, die Gruppe für theoretische Quantenoptik an der Universität Siegen in die akademische Gemeinschaft zu integrieren. Mithilfe von EU-Mitteln konnten die Forscher an internationalen Konferenzen teilnehmen, während eine Reihe von Workshops für Experten für Quantenverschränkung und Informationsverarbeitung organisiert wurde.
Schlüsselbegriffe
Quantenverschränkung, Vielteilchenverschränkung, Quanteninformationsverarbeitung, Quantenmechanik, Quantencomputer, ENFOQI, Kontextualität
