Quantenmechanische Verschränkung: Hatte Einstein Unrecht?

Einstein hat es noch als „spukhafte Fernwirkung“ bezeichnet, heute ist es die Grundlage für Quantencomputer, Quantenkryptografie und viele weitere Technologien: Die quantenmechanische Verschränkung. Sie besagt: Eigenschaften quantenmechanischer Teilchen können miteinander verbunden sein – egal wie weit sie voneinander entfernt sind!
Auf der einen Seite ist das eine wichtige Grundlage für neue Technologien, gleichzeitig gibt es viele falsche Vorstellung davon, was diese Verschränkung eigentlich ist, deshalb schauen wir uns heute an was quantenmechanische Verschränkung genau ist, was hier oft falsch verstanden wird und welche Technologien es ohne sie nicht gäbe.

Dieses Video ist in meinem Breaking Lab-Team entstanden. Verantwortlich aus der Redaktion: Lukas Laroche, Florian Krupka, Jacob Beautemps; Editing: Sören Rensch, Neo Sanjuan Thiele und Aron Kamenz

Kapitel
00:00 Die spukhafte Fernwirkung
00:39 Quantenmechanische Zustände
01:25 Quantenmechanische Verschränkung erklärt
04:15 Über Lichtjahre verbunden
06:03 Einsteins Problem
07:52 Bellsche Ungleichung
09:04 Bedeutung für uns

Quellen
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Ich bin Jacob Beautemps und mache gerade meinen Doktor an der Universität zu Köln. Vor vier Jahren habe ich zusammen mit Philip Häusser diesen YouTube Kanal gegründet und seit 2018 stehe ich nun selbst vor der Kamera. In meiner Forschung an der Uni geht es um das Thema "What comprises a successful educational YouTube video?: the optimization of YouTube videos’ educational value through the analysis of viewer behavior and development via machine learning." Oder kurzgesagt: Wie lernt man auf YouTube und wie können wir das mit künstlicher Intelligenz optimieren. Dies fließt natürlich stark in meine YouTube Videos mit ein, denn hier geht es auch darum möglichst viel über Physik, Chemie, Technik und andere naturwissenschaftliche Themen zu lernen.

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[mirvessen]

Ich bin regelmäßiger Zuschauer. Und der Inhalt ist gewohnt gut. Aber der Titel ist zwar auch korrekt, aber trotzdem etwas catchy.

[azraelx]

Eine noch griffigere Analogie zur Quantenverschränkung als das Beispiel mit den Socken finde ich das Hütchenspiel (mit 2 Hütchen statt mit 3): Unter einem Hütchen befindet sich die Erbse, unter dem anderen demzufolge nicht. Solange ich keins der Hütchen anhebe, also messe, ist die Erbse mit gleicher Wahrscheinlichkeit unter jedem der Hütchen.

[manueluninteressant]

Hi Jakob, super Video mal wieder. Ich würde aber echt gerne mal sehen wie ein Video bei euch produziert wird. Also von Themen Auswahl bis hin zur Recherche über den Inhalt. So ein behind the scene 😬

[StreamOfBlack]

Das ist ja alles gut und schön, aber wie verschränkt man Teilchen?

[LG-HH]

Quantenphysik ist und bleibt ein Endgegner! 😅

[andreassteinhauser]

Danke für deine immer sehr informativen Videos.
Aber ein/zwei Hinweise hätte ich aber doch. Das, was du erzählst gilt nicht in allen der heute formulierten Interpretationen der Quantenphysik.
Die Verschränkung ist z.B. in der auch kein Problem, da wäre dann nämlich der Ausgang des Experiments schon von vornherein beim Beginn des Universums festgelegt und damit ist dann auch die Bell'sche Ungleichung kein Beleg mehr. Und in der "many-worlds"-Interpretation entscheidet sich nicht erst bei der Messung, welche Farbe die "Socken" haben, es gibt dann einfach beide Ergebnisse, also rot an Zwilling 1 und blau an Zwilling 2 und umgekehrt im anderen Universum. Also wäre auch hier die Bell'sche Ungleichung nicht der Beleg.
Und nur in den Interpretationen, in denen die Beobachterin _nicht_ Teil des Experiments ist, ist das verwirrend. D.h. du beschreibst die Verwirrung in der Kopenhagener-Deutung in der die Bell'sche Ungleichung ihr Fundament hat. Aber ausgerechnet hier ist die Beobachterin nicht Teil des Experiments (also nicht Teil der Wellenfunktion, sondern aussenstehend, was aber eigentlich quatsch ist) und verletzt obendrein den Quanten-Informations-Erhaltungssatz, da sie nicht zeitsymmetrisch ist.

[narwal]

Tolles Video!
Aber heißt das jetzt, wenn sich der Spin eines verschränkten Teilchens sich ändert, dass der Spin des anderen Teilchen sich auch ändert, oder bricht daraufhin die Verschränkung zusammen?
Wenn man sich vornherein ausmacht, dass man den Spin immer in X- oder minus X-Richtung ändert und die Teilchen daraufhin entfernt, kann man dann Informationen übertragen? Mass Effect lässt Grüßen :)

[Neue-Werkstatt-BM]

Super erklärt, Jacob, vielen Dank👍. Der Mechanismus der Verschränkung ist mir aber nicht klar geworden. Woher "wissen" diese Teilchen, dass sie verschränkt sind und wie erreicht man diesen Zustand?

[pascalfranke]

Hallo,

danke für das interessante und gute Video. Bitte weiter so.

[berko]

Ich verfolge Deine (eure) Ausführungen gerne, weil Sie gerade für den interessierten Laien gut aufbereitet sind. Bei den Ausführungen zur Richtung der Messung in Zusammenhang mit der Entfernung über mehrere Galaxien oder gerade aus unserem neu entdeckten schwarzen Loch heraus in dem wir vielleicht leben da es unsere Galaxy darstellen könnte, fällt es mir schwer einen Bezug für gleiche "Messrichtungen" vorzustellen. Wie müsste ich den messen um wirklich eine gleiche Messrichtung zu garantieren? Oben unten rechs/ links wie kann man x und y bezüglich eines Quant definieren?

[SaschaKH]

Das Meiste der klasischen Physik ist kein Problem, das mit der Materie - Energy Analogie (Lichtgeschwindigkeit) hab ich auch noch kappiert, aber die Quantenmechanik ist mir eigentlich immer ein Rätsel geblieben. Deinen Beitrag hab ich aber verstanden.
👍

[Havana_]

Das mir alles zu hoch 😂

Ich bin einfach zu beschränkt ähh verschränkt 😅

[johannesschweiger]

Einstein nannte die Quantenverschränkung „spukhafte Fernwirkung“ – und meinte, die Quantenmechanik sei unvollständig.
Er glaubte an verborgene Variablen: dass Teilchen schon vor der Messung genau festgelegt sind.
Aber: Die Quantenphysik sagt, der Zustand entsteht erst bei der Messung – rein probabilistisch.
1964 kam Bells Theorem: Kein lokales realistisches Modell kann die Quantenmechanik erklären.
Experimente (z.B. Alain Aspect, 2015 loophole-free Tests) bestätigen: Einstein lag wohl falsch.
Die Messung eines Teilchens beeinflusst sein verschränktes Gegenstück instantan, auch über Lichtjahre hinweg.
Das verletzt unser klassisches Verständnis von Raum, Zeit und Kausalität.
Aber: Kein Informationsaustausch schneller als Licht → keine Relativitätsverletzung.
Einstein hatte also Unrecht – aber seine Zweifel trieben die Forschung enorm voran.
Ironisch: Seine Kritik half, die Quantenphysik noch besser zu verstehen.
Heute ist Verschränkung Grundlage für Quantencomputer & Quantenkryptografie.
Spukhafte Fernwirkung? Vielleicht. Aber sie funktioniert. 😄
Tolles Video!

[DerWegbereiter]

Danke für ein wiedermal sehr interessantes Video!

[xdevs]

Es wäre interessant zu wissen, wie genau diese Verschränkung funktioniert. Also, wie bekommt man Teilchen dazu, sich miteinander zu verschränken. In diesem Video hast du einfach nur gesagt, dass die Teilchen verschränkt wurden, aber nicht, wie genau das gemacht wird.

Und die Idee, Quantenverschränkung für Netzwerke zu nutzen habe ich schon lange. Wäre cool, wenn wir die physikalische Barriere durchbrechen könnten und somit Latenzen verringern.

[tapejara]

Die Zeilinger Experimente haben mir bei der veranschaulichung sehr geholfen. irgendwann hat er sogar den nobelpreis erhalten vor ein paar jahren.

[chonoberlin]

Aber wo ist denn bei der milchstraße und die Andromeda Nebel oben und unten? Und ist das mit der Gleichzeitigkeit nicht auch problematisch bei solchen Entfernungen?

[GregorSklorz]

Mega. Also Laie find ich das mega spannend. Bedeutet das also dass die Verschränkung verschwindet sobald man die Ausrichtung verändert wird? Also gemessen wird?

[Thunderstruck]

Tolles Video aber in Kommentaren fällt mir, auf das viele sich nicht vorstellen können, wie man Atome geschweige den Elektronen und Neutronen misst und wie sie aussehen =)

[madmindmax]

Videos zu wissenschaftlichen Themen in doppelter oder 1, 5x Geschwindigkeit zu schauen ist echt ein Seegen. Hätte ich schon viel früher machen sollen. Das Gefühl von langeweile kommt dadurch viel seltener zu stande.