Transcript Verschränkung und Dekohärenz

Physik in elementaren Portionen, Karlsruhe, 10.7.2013
Verschränkung und Dekohärenz
Versuch einer didaktischen Reduktion
Josef Küblbeck
Seminar Stuttgart
Mörike-Gymnasium Ludwigsburg
1
Komplementarität
Ergebnis:
2
Komplementaritätsprinzip
Neues Prinzip:
Mögliche Welcher-Weg-Info
Mögliches Interferenzmuster
schließen sich aus
3
Komplementaritätsprinzip
Interferenz tritt auf, wenn ein Teilchen einen
Detektor auf verschiedenen Wegen erreichen
kann und diese Wege nach dem Nachweis des
Teilchens nicht mehr unterschieden werden
können.
Das Verhalten von Quantenobjekten wird von
sämtlichen ununterscheidbaren Möglichkeiten
bestimmt.
[V. Scarani, 2007]
Ü
4
Komplementarität
Das Ergebnis bleibt bis zuletzt offen,
dann kollabiert der Zustand plötzlich
zu einem Zustand mit eindeutigem
Messergebnis.
5
Ein Satz von Regeln für die Pakete
1.
2.
3.
4.
5. Kollaps bei Messung
6
Ein Satz von Regeln für die Pakete
6. Verschränkte „Teilchen“ klumpen nur,
wenn bei jedem die beteiligten Teilchen
die Teilpakete ausreichend überlappen.
7
Weginformation
8
Weginformation
9
Weginformation
10
Weginformation
11
Weginformation
12
Weginformation
13
Weginformation
14
Weginformation
15
Quantenradierer
16
Quantenradierer
17
Quantenradierer
18
Quantenradierer
19
Quantenradierer
20
Quantenradierer
21
Quantenradierer
22
Quantenradierer
#
23
Schrödingers Katze
Wo liegt der Hund begraben?
24
Schrödingers Katze
Wo liegt der Hund begraben?
25
Schrödingers Katze
Wo liegt der Hund begraben?
26
Schrödingers Katze
Das Problem hat man nur,
wenn man etwas Quantenphysik
verstanden hat.
Man muss verstehen,
• was ein Überlagerungszustand ist
• was Verschränkung ist
Wo liegt der Hund begraben?
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Schrödingers Katze
Was ist Verschränkung?
Wo liegt der Hund begraben?
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Verschränkung
Beispiel:
Quelle für
Streuobjekte
Quelle für
Atome
D1
D2






oben
D
1 
unten
D
2
atom
streu
atom
streu
29
Verschränkung
Auswirkung auf Interferenz:
Auswirkung auf die Messung:
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Verschränkung
Auswirkung auf Interferenz:
Betragsquadrat:
2


 

atom
streu
atom
streu
=
oben
D
1
unten
D
2
... + ... + 2
 oben
atom
 unten
atom
  D1
streu
D2
streu
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Verschränkung
Auswirkung auf die Messung:
Messoperator:
D-Operator
d1






oben
D
1 
unten
D
2
atom
streu
atom
streu
=






oben
D
1 
unten
D
2
atom
streu
atom
streu
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Veranschaulichung
Verschränkt heißt miteinander verkuppelt.
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Messung an nicht verschränkten
Zuständen
Eine Messung an einem Objekt zwingt das
Objekt zu einer Entscheidung.
Wo liegt der Hund begraben?
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Verschränkung
Verschränkt heißt miteinander verkuppelt.
Das wirkt sich bei der Beobachtung von
Interferenz aus.
Das wirkt sich beim Messen aus.
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Auswirkung der Verschränkung
beim Messen
Eine Messung an einem der Quantenobjekte
bewirkt (instantan!) auch eine Entscheidung
(Präparation) bei allen mit ihm verschränkten
Quantenobjekten.
liegt deristHund
begraben?
DieWo
Verschränkung
dann aufgehoben.
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Hochgradig nichtlokal
Wo liegt der Hund begraben?
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Dekohärenz
Die Verschränkung vom Atom bis zur Katze
Atom
Weder
zerfallen
noch nicht
zerfallen
Zählrohr
Kölbchen
Katze
Weder
Weder
„klick“ noch „zerbrochen“ noch
kein „klick“ „nicht zerbrochen“
Weder tot
noch lebendig
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Dekohärenz
Die Katze
wechselwirkt mit Wärmestrahlung, Luft, Licht
wird getroffen von kosmischer Strahlung,
hat viele innere Freiheitsgrade:
sehr langer Verschränkungs-Zug
Atom
Zählrohr
Kölbchen
Katze
Luftmolekül
Phonon
usw.
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Dekohärenz
Beschreibung mit
10 hoch 23 Paketen:
Überlagern sich mehr oder weniger.
Annahme: Katze schläft, kaum Unterschiede
2
6
1
0


2
6
2
2
1
0


0
,
0
0
0
4

4

1
0
0
,
9
9
9
1
0

1
0
0


Staubkorn ist nach 10 hoch -30 s interferenz-muster-frei.
40
Das ist noch nicht die ganze Antwort …
Aber ist das der ganze Mechanismus??
Ist die Interferenz bei klassischen Objekten immer noch da,
aber nur nicht beobachtbar?
Oder gibt es da noch einen zusätzlichen Mechanismus?
Und wie wird entschieden, in welchem Zustand die Katze
nach der Messung beobachtet wird?
Wirklich durch Würfeln? Durch Weltenteilung?
„Messproblem“
#
Ü41