Der Unbegreifliche Zufall: Nichtlokalität, Teleportation Und Weitere Seltsamkeiten Der Quantenphysik (german Edition)

Die Quantenphysik bietet eine Beschreibung der Welt auf kleinsten Skalen und macht dazu seltsame Aussagen, die unser Verständnis der Welt und ihrer Logik ernsthaft herausfordern. Besonders schwierig zu erklären ist das Phänomen der Verschränkung, das in den vergangenen 30 Jahren intensiv erforscht worden ist. Verschränkte Teilchen scheinen sich zufällig zu verhalten, aber dennoch über weite Distanzen hinweg voneinander zu wissen, sodass ihr Verhalten korreliert ist. Diese erstaunliche "Nichtlokalität" ist mehr als nur eine abstrakte Seltsamkeit oder ein Paradoxon: sie findet ganz pragmatische Anwendungen in der Kryptographie, die wiederum verwendet werden kann, um sensible Informationen zu kodieren. Durch Verschränkung wird auch "Quantenteleportation" möglich, deren unermessliche Möglichkeiten selbst von Science-Fiction Autoren nur erahnt werden kann. Das vorliegende Buch wagt sich an die tiefen logischen Schwierigkeiten der Quantenmechanik heran und bietet dem Leser dabei das Rüstzeug, diese zu begreifen und zu bewundern. Von "Bell's Theorem" bis zu Experimenten der Quantenverschränkung gewinnt der Leser so ein solides Verständnis von einem der faszinierendsten Gebiete der modernen Physik. **Der Autor** Nicolas Gisin ist Direktor des Instituts für Angewandte Physik an der Universität Genf und Mitbegründer der Technologiegesellschaft __ID Quantique__. Er ist international bekannt für seine Arbeit im Bereich der Kryptografie und der Quanten-Informationstheorie. Darüber hinaus ist er Herausgeber der Reihe "Quantum Science and Technology". 2009 erhielt er den ersten John S. Bell Preis für die Demonstration langreichweitiger Verschränkungen und Quantenteleportationen sowie für seine zahlreichen Beiträge zu den Bellschen Ungleichungen. Geleitwort 6 Vorwort 15 Danksagungen 18 Inhaltsverzeichnis 20 Kastenverzeichnis 23 Kastenverzeichnis 23 1 Einleitung 24 1.1 Wozu ist das gut? 28 2 Aperitifs 30 2.1 Newton: Eine so große Absurdität ... 30 2.2 Ein seltsames „nichtlokales Telefon“ 33 3 Lokale und nichtlokale Korrelationen 39 3.1 Korrelationen 40 3.2 Das Bell-Spiel 46 3.3 Nichtlokaler Kalkül: a + b=x y 50 3.4 Lokale Strategien für das Bell-Spiel 52 3.5 Gewinnen im Bell-Spiel: nichtlokale Korrelationen 64 3.6 Gewinnen im Bell-Spiel gestattet keine Kommunikation 68 3.7 Boxen auf! 71 4 Nichtlokalität und echter Zufall 76 4.1 Eine nichtlokale Einheit 77 4.2 Telepathie und eineiige Zwillinge 79 4.3 Koordinieren bedeutet nicht kommunizieren 81 4.4 Ein nichtlokaler Zufall 86 4.5 Ein „echter“ Zufall 88 4.6 Der echte Zufall gestattet Nichtlokalität ohne Kommunikation 91 5 Quantenklonen ist unmöglich 93 5.1 Quantenklonen impliziert unmögliche Kommunikation 95 5.2 Kann man DNA klonen? 98 5.3 Zwischenspiel: approximatives Klonen 99 6 Quantenverschränkung 102 6.1 Quantenholismus 102 6.2 Quantenunbestimmtheit 104 6.3 Quantenverschränkung konkret 105 6.4 Wie ist das möglich?! 107 6.5 Wie gewinnt man mit der Verschränkung das Bell-Spiel? 110 6.6 Quantennichtlokalität 113 6.7 Ursprung der Quantenkorrelationen 116 7 Ein Experiment 119 7.1 Erzeugung von Photonenpaaren 119 7.2 Erzeugung der Verschränkung 121 7.3 Quantenbitverschränkung 125 7.4 Das Experiment von Bernex-Bellevue 127 8 Anwendungen 130 8.1 Erzeugung von echten Zufallszahlen 131 8.2 Quantenkryptographie: Das Prinzip 134 8.3 Quantenkryptographie: Die Praxis 136 9 Quantenteleportation 140 9.1 Substanz und Form 141 9.2 Gemeinsame Messung 144 9.3 Protokoll der Quantenteleportation 149 9.4 Quantenfax und Quantenkommunikationsnetze 153 9.5 Kann man große Objekte teleportieren? 154 10 Ist die Natur wirklich nichtlokal? 157 10.1 Die Nichtlokalität bei Newton 158 10.2 Das Detektionsschlupfloch 160 10.3 Das Lokalitätsschlupfloch 164 10.4 Eine Kombination von Schlupflöchern? 170 10.5 Eine verborgene Kommunikation mit Überlichtgeschwindigkeit? 171 10.6 Alice und Bob messen jeweils voreinander 178 10.7 Hyperdeterminismus und freier Wille 181 10.8 Realismus 184 10.9 Das Multiversum 187 11 Aktuelle Forschungen zur Nichtlokalität 190 11.1 Kann man die Nichtlokalität „wiegen“? 191 11.2 Warum gewinnt man nicht jedes Mal im Bell-Spiel? 192 11.3 Nichtlokalität mit mehr als zwei Bestandteilen 195 11.4 Das „Free Will Theorem“ 197 11.5 Ein verborgener Einfluss? 201 12 Schlussfolgerung 206 Anmerkungen 214 Anmerkungen 214 Geleitwort 214 Kapitel 1 – Einleitung 214 Kapitel 2 – Aperitifs 215 Kapitel 3 – Lokale und nichtlokale Korrelationen 215 Kapitel 4 – Nichtlokalität und echter Zufall 217 Kapitel 5 – Quantenklonen ist unmöglich 218 Kapitel 6 – Quantenverschränkung 219 Kapitel 7 – Ein Experiment 220 Kapitel 8 – Anwendungen 222 Kapitel 9 – Quantenteleportation 223 Kapitel 10 – Ist die Natur wirklich nichtlokal? 225 Kapitel 11 – Aktuelle Forschungen zur Nichtlokalität 228 Kapitel 12 – Schlussfolgerung 229 Sachverzeichnis 231 Sachverzeichnis 231 Nichtlokalität, Teleportation und weitere Seltsamkeiten der Quantenphysik Die Quantenphysik bietet eine Beschreibung der Welt auf kleinsten Skalen und macht dazu seltsame Aussagen, die unser Verständnis der Welt und ihrer Logik ernsthaft herausfordern. Besonders schwierig zu erklären ist das Phänomen der Verschränkung, das in den vergangenen 30 Jahren intensiv erforscht worden ist. Verschränkte Teilchen scheinen sich zufällig zu verhalten, dennoch über weite Distanzen hinweg voneinander zu wissen, sodass ihr Verhalten korreliert ist. Diese erstaunliche "Nichtlokalität" ist mehr als nur eine abstrakte Seltsamkeit oder ein Paradoxon: Sie findet ganz pragmatische Anwendungen in der Kryptographie, die wiederum verwendet werden kann, um sensible Informationen zu kodieren. Durch Verschränkung wird auch "Quantenteleportation" möglich, deren unermessliche Möglichkeiten selbst von Science-Fiction Autoren nur erahnt werden kann. Das vorliegende Buch wagt sich an die tiefen logischen Schwierigkeiten der Quantenmechanik heran und bietet dem Leser dabei das Rüstzeug, diese zu begreifen und zu bewundern. Von "Bell's Theorem" bis zu Experimenten der Quantenverschränkung gewinnt der Leser so ein solides Verständnis von einem der faszinierendsten Gebiete der modernen Physik. Der Autor Nicolas Gisin ist Direktor des Instituts für Angewandte Physik an der Universität Genf und Mitbegründer der Technologiegesellschaft ID Quantique. Er ist international bekannt für seine Arbeit im Bereich der Kryptografie und der Quanten-Informationstheorie. Darüber hinaus ist er Herausgeber der Reihe "Quantum Science and Technology". 2009 erhielt er den ersten John S. Bell Preis für die Demonstration langreichweitiger Verschränkungen und Quantenteleportationen sowie für seine zahlreichen Beiträge zu den Bellschen Ungleichungen. ______________ Der unbegreifliche Zufall Verschränkte Teilchen, die seltsamerweise auch über weiteste Distanzen hinweg voneinander zu wissen scheinen, fordern unser Verständnis der Welt heraus: kommunizieren sie untereinander mit Überlichtgeschwindigkeit? Oder gibt es eine gemeinsame Ursache und letztlich keine fundamental zufälligen Messergebnisse? Wie sonst können wir Zufallsprozesse und Korrelationen begreifen? Seit der Entdeckung der Quantenmechanik haben diese und andere Fragen die Physikergemeinschaft angespornt, immer noch tiefer in die Gesetze des Mikrokosmos einzudringen. Nicolas Gisin nimmt den Leser mit zu den aktuellsten Erkenntnissen der Quantenphysik und weist auf, wie viel wir wissen - und wie viele Fragen noch vor uns liegen Front Matter....Pages I-XXV Einleitung....Pages 1-6 Aperitifs....Pages 7-15 Lokale und nichtlokale Korrelationen....Pages 17-53 Nichtlokalität und echter Zufall....Pages 55-71 Quantenklonen ist unmöglich....Pages 73-81 Quantenverschränkung....Pages 83-99 Ein Experiment....Pages 101-111 Anwendungen....Pages 113-122 Quantenteleportation....Pages 123-139 Ist die Natur wirklich nichtlokal?....Pages 141-173 Aktuelle Forschungen zur Nichtlokalität....Pages 175-190 Schlussfolgerung....Pages 191-198 Back Matter....Pages 199-223