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Eine Frage zur Quantenverschränkung

169 Beiträge, Schlüsselwörter: Physik

Eine Frage zur Quantenverschränkung

19.10.2018 um 02:40
Hui ihr habt ja gut weitergemacht in den 2 Tagen :)

@Peter0167 Ich weiss was du meinst mir gehts ähnlich, niemand erklärts gleich, Begriffe werden verwechselt oder es wird schlicht falsches erzählt. Machts wirklich schwierig auf einen grünen Zweig zu kommen. Zum Glück gibts hier Leute die mehr verstehen als ich xD

@mojorisin Danke für die Antwort und dein Link zur bellschen Ungleichung, habs mir alles mal durchgelesen.

Das wichtigste für mich ist definitiv das experimentel nachgewiesen wurde das im vornherein nicht feststeht welche Polarität die Photonen haben, das habe ich nicht gewusst. Aus diesem Grund hat mich auch die Handschuh Analogie so verwirrt.

Aber gut, jetzt bin ich mal ein Schritt weiter. Mein nächstes Problem ist das ich das Experiment/den Versuchsaufbau nicht ganz verstehe.
Wenn ich den Wiki-Artikel richtig verstanden habe, wurde/wird dieses Experiment für die herleitung der bellschen Ungleichung genutzt. Ist das dasselbe Experiment welches auch beweist das die Zustände verschränkter Teilchen erst bei der Messung festgelegt wird und nicht schon beim Erzeugen?

Zum Aufbau selbst, es werden also verschränkte Photonen benutzt die in entgegengesetzte Richtungen ausgesendet werden. Man benutzt dann zwei Polarisationsfilter welche gedreht werden können.
Im Wiki wird es nicht weiter beschrieben aber ich nehme mal an das man dann zwei Detektoren benutzt welche hinter den jeweiligen Polarisationsfilter platziert werden und messen ob die Photonen durchgekommen sind oder nicht.
Was ich auch noch nicht verstanden habe ist ob die beiden Polarisationsfilter immer gleich zu einander stehen oder ob die sich unabhängig voneinander drehen?


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19.10.2018 um 10:11
BeniStingray schrieb:Im Wiki wird es nicht weiter beschrieben aber ich nehme mal an das man dann zwei Detektoren benutzt welche hinter den jeweiligen Polarisationsfilter platziert werden und messen ob die Photonen durchgekommen sind oder nicht.
Ja.
BeniStingray schrieb:Was ich auch noch nicht verstanden habe ist ob die beiden Polarisationsfilter immer gleich zu einander stehen oder ob die sich unabhängig voneinander drehen?
Man probiert quasi alle Stellungen zueinander durch. Korrelationen (Messungen an beiden Detektoren) kommen dann am häufigsten vor, wenn beide Polarisationsfilter gleich eingestellt sind. Bedeutet die Photonen scheinen eine voneinander abhängige Polarisation zu haben ([meist]die gleiche). Ansonsten sollte sich an der Anzahl der Korrelationen durch drehen der Polarisationsfilter zueinander nichts verändern.

Das bedeutet, mann kann die beiden Photonen nicht einzeln beschreiben, sondern nur zusammen, da sie in einer Eigenschaft voneinander Abhängig sind. Das ist Quantenkorrelation bzw. Quantenverschränkung.

Alle Angaben ohne Gewähr, hab mir den Wiki-Artikel nicht angeschaut. Auf Basis davon, wie ich das Experiment kenne.


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19.10.2018 um 11:56
Izaya schrieb:Das bedeutet, mann kann die beiden Photonen nicht einzeln beschreiben, sondern nur zusammen, da sie in einer Eigenschaft voneinander Abhängig sind. Das ist Quantenkorrelation bzw. Quantenverschränkung.
Die Quantenphysik bezieht sich immer auf 2 oder mehr Teilchen. Die Messergebnisse an verschränkten Teilchen können nicht durch eine lokale und realistische Theorie erklärt werden. Die Quantenmechanik, die sich insofern grundsätzlich von klassischen physikalischen Theorien unterscheidet, beschreibt diese Phänomene jedoch korrekt.


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19.10.2018 um 11:59
fritzchen1 schrieb:Die Quantenphysik bezieht sich immer auf 2 oder mehr Teilchen
Wie kommst du drauf? Ich kann doch auch ein einzelnes Photon betrachten, solange es nicht Quantenverschränkt ist.


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towel_42
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22.10.2018 um 09:48
Ich finde mal wieder zwei der Videos von Gassner, aus der Reihe "Von Aristoteles zur Stringtheorie" zum Thema sehr hilfreich. Er räumt da doch recht konsequent mit einigen Teleportationsfehlschlüssen auf.

10 Irrtümer zur Quantenmechanik
Youtube: 10 Irrtümer zur Quantenmechanik • Aristoteles zur Stringtheorie (33) | Josef M. Gaßner

Youtube: Unbestimmtheitsrelation Casimir Effekt Lambshift Quantenfluktuation • AzS (31) | Josef M. Gaßner


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22.10.2018 um 12:02
fritzchen1 schrieb am 19.10.2018:Die Quantenphysik bezieht sich immer auf 2 oder mehr Teilchen.
Bei mehr als zwei "Teilchen" würde es sehr schwierig, irgendeine Symmetrie zu finden; zumindest ist mit bisher nicht bekannt, dass es da auch "feste Dreierbeziehungen" gäbe ...

Edit: Bezog sich nicht direkt auf Verschränkung, daher falsche Kritik.
Izaya schrieb am 19.10.2018:Ich kann doch auch ein einzelnes Photon betrachten, solange es nicht Quantenverschränkt ist.
Provokative Frage: Woran willst du feststellen, dass ein Photon nicht verschränkt ist (bzw. war, bevor du es "betrachtetest")?


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towel_42
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22.10.2018 um 12:18
schukoplex schrieb:Provokative Frage: Woran willst du feststellen, dass ein Photon nicht verschränkt ist (bzw. war, bevor du es "betrachtetest")?
Wenn Du es betrachtest ist es ja nicht mehr verschränkt. Die Wellenfunktion ist kollabiert.


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22.10.2018 um 15:42
towel_42 schrieb:Wenn Du es betrachtest ist es ja nicht mehr verschränkt. Die Wellenfunktion ist kollabiert.
Ebend :)

Man wird also niemals ein "verschränktes Photon" als solches messen können.


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22.10.2018 um 18:46
schukoplex schrieb:Woran willst du feststellen, dass ein Photon nicht verschränkt ist (bzw. war, bevor du es "betrachtetest")?
Das verschränkt sein ergibt sich aus der Beschreibung. Wenn ich ein System habe, welches ich beschreibe und ich kann dieses nicht als Summe aller Ein-Teilchen-Zustände beschreiben, sondern muss irgendwo mindestens zwei Teilchen zusammen als System beschreiben (weil sonst z.B. zwei Elektronen mit gleichem Spin in einem Orbital als möglich betrachtet würden, was unmöglich ist), liegt eine Quantenverschränkung vor.


Ich stelle die Verschränktheit eines Photons nicht bei einer Messung fest, sondern bei der Beschreibung.

Wäre ja auch unsinnig eine Eigenschaft, die zwei (oder mehr) Photonen nur gemeinsam beschrieben lässt, nur an einem Photon messen zu können*. Oder ich messe alle Photonen. Dann muss ich halt mehrere Messen, um Zufälle auszuschließen und somit auf die richtige Beschreibung des Systems zu schließen. Also quasi so:
Izaya schrieb am 19.10.2018:Man probiert quasi alle Stellungen zueinander durch. Korrelationen (Messungen an beiden Detektoren) kommen dann am häufigsten vor, wenn beide Polarisationsfilter gleich eingestellt sind. Bedeutet die Photonen scheinen eine voneinander abhängige Polarisation zu haben ([meist]die gleiche). Ansonsten sollte sich an der Anzahl der Korrelationen durch drehen der Polarisationsfilter zueinander nichts verändern.
*Das ist so, wie ich nicht nur durch einen Blick auf meinen Bildschirm sagen kann, ob dein Bildschrim das gleiche (oder z.B. farblich invertierte) zeigt.


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22.10.2018 um 19:19
Izaya schrieb:Das verschränkt sein ergibt sich aus der Beschreibung.
Na toll: "Ist halt so" :)
Izaya schrieb:Wenn ich ein System habe, welches ich beschreibe und ich kann dieses nicht als Summe aller Ein-Teilchen-Zustände beschreiben, sondern muss irgendwo mindestens zwei Teilchen zusammen als System beschreiben (weil sonst z.B. zwei Elektronen mit gleichem Spin in einem Orbital als möglich betrachtet würden, was unmöglich ist), liegt eine Quantenverschränkung vor.
Ja doch, würde ich genau so auch in ein Lehrbuch schreiben. Klingt gebildet, keiner weis es besser, wird also schon stimmen. Aber:
Izaya schrieb:Wenn ich ein System habe, welches ich beschreibe,
Hast du dieses System praktisch vor dir, "in der Hand", oder doch nur eine Vorstellung davon? Beschreibst du nun "das System" oder doch nur deine Ansicht darüber? Oder gar nur "Gelerntes"?

Das geht jetzt zwar doch mehr in Richtung "Wissenschaftstheorie", aber jede Diskussion, die "in Richtung Quanten" geht, muss m.E. aushalten können, dass mithin keine denkbare Alternative direkt widerlegbar ist.

(Ich staune selber, wie ich den letzten Satz zusammengekriegt habe ... pure Kreativität!?)


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22.10.2018 um 20:11
schukoplex schrieb:Na toll: "Ist halt so" :)
Nope.
Beispiel:
Wir haben zwei Elektronen in der selben Schale. Diese müssen nach dem Pauli-Prinzip unterschiedliche Spins haben. Ergo sind sie verschränkt.
Hier ergibt sich die Verschränkung aus der Beschreibung. Ich brauch doch den Zusammenhang.
schukoplex schrieb:Hast du dieses System praktisch vor dir, "in der Hand", oder doch nur eine Vorstellung davon?
Macht keinen Unterschied. Ein physikalisches System in einem Gedankenexperiment kann ich genauso gut beschreiben, wie ein real existierendes. Einziger unterschied ist die Möglichkeit, Messwerte mit in Betracht zu ziehen (um seine Berechnungen ggf. zu falsifizieren).

Ich kann ja auch das aerodynamische Verhalten eines Auto computergestützt simulieren, bevor ich es wirklich in einen Windtunnel stelle, mit passenden Ergebnissen.


Klar sind alles Modellvorstellungen, macht aber dem ganzen keinen Abstrich, solange die Theorie in den nötigen Maßen mit den Messungen in der Realität übereinstimmt. Die Naturwissenschaft beschreibt und erklärt nicht. Wir nutzen, wenn es sinnvoll ist, auch die Newtonsche Mechanik, obwohl wir Fälle kennen, in denen das Modell unbrauchbare Ergebnisse liefert.


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22.10.2018 um 20:36
Izaya schrieb:Wir haben zwei Elektronen in der selben Schale.
Ich bin schon bei Orbitalen, aber ... gut.
Izaya schrieb:Diese müssen nach dem Pauli-Prinzip unterschiedliche Spins haben.
Yep.
Izaya schrieb:Ergo sind sie verschränkt.
Was aber ist mit Elektronen, die in ihrem Orbital ganz allein sind? So ganz ohne "Verschränkungspartner"? Sind die dann "selbstverschränkt" und "spinning up and down" gleichzeitig? Interessante Idee. Könnte passen.
Izaya schrieb:Ein physikalisches System in einem Gedankenexperiment kann ich genauso gut beschreiben, wie ein real existierendes.
Zur Beachtung: Es geht hier um "Quanten", also nicht um "physikalische Systeme".
Izaya schrieb:Die Naturwissenschaft beschreibt und erklärt nicht.

Das ist mir auch klar.


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22.10.2018 um 20:43
schukoplex schrieb:Ich bin schon bei Orbitalen, aber ... gut.
Ändert nichts. Gilt für Orbitale genau so.
schukoplex schrieb:Was aber ist mit Elektronen, die in ihrem Orbital ganz allein sind?
Für die Spielt das Pauli-Prinzip keine Rolle. Somit sind sie auf dieselbe Art und Weise up und down gleichzeitig, wie Schrödingers Katze tot und lebendig gleichzeitig ist.
schukoplex schrieb:Es geht hier um "Quanten", also nicht um "physikalische Systeme"
Die Quanten sind in dem physikalischen System, welches ich beschreibe. Das ist dir klar, oder?
schukoplex schrieb:Das ist mir auch klar.
Dann machen deine Fragen keinen Sinn.
schukoplex schrieb:Hast du dieses System praktisch vor dir, "in der Hand", oder doch nur eine Vorstellung davon? Beschreibst du nun "das System" oder doch nur deine Ansicht darüber? Oder gar nur "Gelerntes"?
Spielt keine Rolle.


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22.10.2018 um 20:49
Izaya schrieb:Das verschränkt sein ergibt sich aus der Beschreibung. Wenn ich ein System habe, welches ich beschreibe und ich kann dieses nicht als Summe aller Ein-Teilchen-Zustände beschreiben, sondern muss irgendwo mindestens zwei Teilchen zusammen als System beschreiben (weil sonst z.B. zwei Elektronen mit gleichem Spin in einem Orbital als möglich betrachtet würden, was unmöglich ist), liegt eine Quantenverschränkung vor.
Das mit dem Spin checke ich noch nicht so ganz. Wo kommt er wie vor und was sagt er aus?


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22.10.2018 um 21:12
@skagerak
Tu ich auch nicht, also alles von mir jetzt mit Vorsicht genießen:

Ein bisschen Vorwissen:

Der Drehimpuls besteht aus Bahndrehimpuls und Eigendrehimpuls.

Ein Beispiel für einen Bahndrehimpuls: Der Drehimpuls der Erde, bei ihrer Bewegung um die Sonne.
Ein Beispiel für einen Eigendrehimpuls: Der Drehimpuls der Erde bei ihrer Rotation um ihre eigene Achse.

Betrachten wir die klassische Physik, so können wir Eigendrehimpulse immer auf Bahndrehimpulse zurückführen:
Der Eigendrehimpuls der um sich selbst rotierenden Erde ist die Summe der Bahndrehimpulse der einzelnen Teilchen, aus denen die Erde besteht.

Dies ist in der Quantenmechanik nicht der Fall.
Elektronen zeigen ein Verhalten, dass zu einem Eigendrehimpuls passt (Sie bilden einen magnetischen Dipol aus, der z.B. zu Dauermagneten führt). Dieser Eigendrehimpuls lässt sich aber nicht weiter auf irgendeine Bewegung zurückführen. Er ist eine eigenschaft des Elektrons, so wie z.B. seine Masse.
Diesen Eigendrehimpuls nennt man Spin.


Hat man Teilchen, die keine fundamentalen Teilchen sind, so setzt sich ihr Spin aus den einzelnen Spins der aufbauenden Teilchen zusammen.


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22.10.2018 um 21:14
schukoplex schrieb:Das ist mir auch klar.
Könnte natürlich auch sein, dass du das einfach ignorieren wolltest, für irgendeine Art von Grundsatzdiskussion. Würde aber nicht so wirklich hier reinpassen. Das könntest du dann ja hier machen: Diskussion: Wissenschaftstheorie


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22.10.2018 um 21:22
Izaya schrieb:Ändert nichts. Gilt für Orbitale genau so.
Naja... lass ich jetzt mal so gelten.
Izaya schrieb:Für die Spielt das Pauli-Prinzip keine Rolle. Somit sind sie auf dieselbe Art und Weise up und down gleichzeitig, wie Schrödingers Katze tot und lebendig gleichzeitig ist.
Interessant. Würde das nicht auch bedeuten, dass sich jedes Atom, welches ein "Einzelelektron" in einem Orbital besitzt, ebenfalls im einem Überlagerungszustand befinden müsste (wegen "insgesamt")?
Izaya schrieb:Die Quanten sind in dem physikalischen System, welches ich beschreibe. Das ist dir klar, oder?
Nein, das ist mir nicht klar. Wie können "Quanten in einem [beschreibbaren] physikalischen System sein"? Anscheinend gehen wir beide hier von völlig unterschiedlichen Ansätzen aus; Missverständnisse also unvermeidlich.
Izaya schrieb:Spielt keine Rolle.
Amen.


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22.10.2018 um 21:31
Izaya schrieb:Das könntest du dann ja hier machen: Diskussion: Wissenschaftstheorie
Der war wirklich gut :) Ich habe tatsächlich noch Tränen in den Augen.


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22.10.2018 um 22:10
@Izaya
Okay, danke, das bringt mich schon etwas näher.
schukoplex schrieb:Interessant. Würde das nicht auch bedeuten, dass sich jedes Atom, welches ein "Einzelelektron" in einem Orbital besitzt, ebenfalls im einem Überlagerungszustand befinden müsste (wegen "insgesamt")?
Geht man da nicht eher richtung Heisenberg, Unschärfe-/Unbestimmtheitsrelation (seltener auch Unschärfeprinzip)?


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towel_42
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22.10.2018 um 22:30
schukoplex schrieb:Interessant. Würde das nicht auch bedeuten, dass sich jedes Atom, welches ein "Einzelelektron" in einem Orbital besitzt, ebenfalls im einem Überlagerungszustand befinden müsste (wegen "insgesamt")?
Schau Dir die verlinkten Gassnervideos an, Verschränkung kann nur passieren solange "die Natur nicht nachfragt" bzw. "Misst" nach Deinem "ebend" dachte ich Du hättest das realisiert.


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