Ist ein Phänomen namens Quantenverschränkung wirklich notwendig, um die physikalische Welt zu beschreiben, oder ist eine Postquantentheorie ohne Verschränkung möglich? In einer neuen von phys.org veröffentlichten Studie haben Physiker mathematisch bewiesen, dass jede Theorie mit einer klassischen Grenze - wenn sie unsere Beobachtungen der klassischen Welt unter Bezugnahme auf die klassische Theorie unter bestimmten Bedingungen beschreiben kann - eine Verschränkung beinhalten muss. Trotz der Tatsache, dass die Verschränkung im Widerspruch zum klassischen Verständnis steht, sollte sie daher eine unvermeidliche und wichtigste Eigenschaft nicht nur der Quantentheorie, sondern auch jeder nicht-klassischen Theorie sein, auch wenn sie noch nicht entwickelt wurde.
Physiker wie Jonathan Richens vom Imperial College London und dem University College London, John Selby vom Imperial College London und der Oxford University sowie Sabri Al-Safi von der Nottingham Trent University haben einen Artikel veröffentlicht, der besagt, dass Verstrickungen ein unvermeidliches Merkmal jedes Nicht-Klassikers sind Theorie, in Physical Review Letters.
"Die Quantentheorie hat im Vergleich zur klassischen Theorie viele seltsame Merkmale", sagt Richens. „Traditionell untersuchen wir, wie die klassische Welt aus der Quantenwelt hervorgeht, aber hier haben wir beschlossen, diese Argumentation umzukehren, um zu sehen, wie die klassische Welt die Quantenwelt formt. Wir haben also gezeigt, dass eines der seltsamsten Merkmale des letzteren, die Quantenverschränkung, eine unvermeidliche Folge der Überwindung der klassischen Theorie oder vielleicht sogar eine Folge unserer Unfähigkeit ist, die klassische Theorie aufzugeben und sie hinter sich zu lassen."
Während der vollständige Beweis viel detaillierter ist, besteht die Grundidee darin, dass sich jede Theorie, die die Realität beschreibt, bis zu einem gewissen Grad wie eine klassische Theorie verhalten sollte. Diese Anforderung scheint ziemlich offensichtlich zu sein, aber wie die Physiker zeigen, schränkt sie die Struktur jeder nicht-klassischen Theorie ernsthaft ein.
Die Quantentheorie erfüllt diese Anforderung einer klassischen Grenze im Dekohärenzprozess. Wenn ein Quantensystem mit der äußeren Umgebung interagiert, verliert es seine Quantenkohärenz, Verbundenheit und alles, was es zum Quanten macht. Somit wird das System klassisch und verhält sich wie in der klassischen Theorie erwartet.
Physiker haben gezeigt, dass jede nicht-klassische Theorie, die eine klassische Theorie rekonstruiert, verschränkte Zustände enthalten muss. Um dies zu beweisen, gingen sie vom Gegenteil aus: Nehmen wir an, eine solche Theorie hat keine Verstrickung. Und dann zeigten sie, dass jede Theorie, die eine klassische Theorie rekonstruiert, ohne Verstrickung selbst klassisch sein muss - und dies widerspricht der ursprünglichen Hypothese, dass eine solche Theorie nicht klassisch sein muss. Dieses Ergebnis bedeutet, dass die Annahme, dass es in einer solchen Theorie keine Verstrickung gibt, falsch ist, was bedeutet, dass jede Theorie dieses Typs sie haben muss.
Dieses Ergebnis ist möglicherweise nur der Anfang vieler anderer verwandter Entdeckungen, da es die Möglichkeit eröffnet, dass andere physikalische Merkmale der Quantentheorie einfach dadurch reproduziert werden können, dass die Theorie eine klassische Grenze haben muss. Physiker schlagen vor, dass Merkmale wie Informationskausalität, Bitsymmetrie und makroskopische Lokalität durch diese einzige Anforderung bewiesen werden können. Diese Ergebnisse liefern auch ein klareres Bild davon, wie eine zukünftige nicht-klassische Postquantentheorie aussehen sollte.
„Meine zukünftigen Ziele sind zu sehen, ob die Nichtlokalität von Bell auch aus der Existenz der klassischen Grenze gelernt werden kann“, sagt Richens. "Es wäre interessant, wenn alle Theorien, die die klassische Theorie ersetzen, den lokalen Realismus verletzen würden."
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Lokaler Realismus ist eine Kombination des Lokalitätsprinzips mit der „realistischen“Annahme, dass alle Objekte „objektiv vorhandene“Werte für ihre Parameter und Eigenschaften für mögliche Messungen haben, die an diesen Objekten durchgeführt werden könnten, bevor diese Messungen durchgeführt werden. Einstein, der offenbar ein Befürworter des lokalen Realismus ist, sagte diesbezüglich gern, dass der Mond nicht vom Himmel verschwindet, auch wenn niemand ihn beobachtet. Die Daten der modernen Quantenmechanik, die auf den durchgeführten Experimenten basieren, werfen Zweifel an der Angemessenheit des Modells des lokalen Realismus an das "Gerät" der Realität auf.
Ilya Khel
