Quantenkommunikation

mojorisin schrieb:Es gibt keine Möglichkeit bei Y den Zusammenbruch von 40 % auf 0 % zu messen.

Vllt. ist es irgendwann möglich.???

Gab es da nicht vor einiger Zeit einen Bericht,
man hätte Vakuumfluktuationen gemessen - ohne sie zu zerstören?
Hatte man vorher auch nicht für möglich gehalten.


Ich werde mich jetzt aber mit meinem Bett verschränken ...

:merle: gn8 @alle :)

mojorisin schrieb:Es gibt keine Möglichkeit bei Y den Zusammenbruch von 40 % auf 0 % zu messen.

Auch nicht über die Zeit? Wenn Y Ort und Zeitpunkt bekannt ist, von dem das Photon losgeschickt wurde, also z.B. eine Lichtminute von Y entfernt, ... dann bröckeln die 40% nach einer Minute aber ganz gewaltig :D

Spoilerwar nicht ernst gemeint, bei mir geistern immer noch Bob und Alice durchs Cerebrum :D

@mojorisin

Da du schon mal hier bist ... wie siehst du das eigentlich mit der Polarisations-Messung bei Photonen. Hat ein Photon die gemessene Polarisation bereits vor der Messung, oder wird die per Zufall willkürlich durch den Messvorgang festgelegt?

@Peter0167

Peter0167 schrieb:Hat ein Photon die gemessene Polarisation bereits vor der Messung, oder wird die per Zufall willkürlich durch den Messvorgang festgelegt?

Nein die Polarisation ist nicht vorher festgelegt. Aber ich kann dir perösnlich leider keine Erklärung geben wieso das nicht sein kann. Was ich sagen kann ist was das übertragen auf mein Beispiel bedeutet: Vor der Messung des Ortes eines Teilchens ist der Ort nicht festgelegt, genauso wenig wie vor der Messung der eines Photons dessen Polarisation festgelegt ist. Ersteres ist allerdings intuitiv vielleicht einfacher zu akzeptieren.

Vielleicht hilft das ein wenig weiter (wenn auch technisch):

Es wurde also gezeigt, dass es in der Quantenmechanik diesen Satz an vorgegebenen ZufallsvariablenX(L,R)a,b,cnicht geben kann.. Im ersten Teil von Bells Beweis wurde aber gezeigt das wir genau diese vorgegebenen Zufallsvariablen brauchen um an der Lokalität in der Quantenmechanik festhalten zu können. Das heißt jede Quantentheorie muss zwangsläufig nichtlokal sein!

http://www.mathematik.uni-muenchen.de/~bohmmech/theses/Haenle_Felix_BA.pdf

Bell hat mit seiner Arbeit gezeigt dass (i) keine verborgenen Variablen existieren können (sprich die Polarisation nicht schon vor der Messung feststeht) und (ii) man dies experimentell untersuchen kann. Der zweite Punkt war wahrscheinlich noch wichtiger als der ersten, denn erst der experimentelle Zugang hat einen wesentlichen Durchbruch bedeutet, auch wenn dieser erst ~ 8 Jahre später möglich war. (Mehr dazu : Wikipedia: Bellsche Ungleichung#Experimentelle Untersuchungen)

mojorisin schrieb:Nein die Polarisation ist nicht vorher festgelegt.

Das habe ich befürchtet. Jetzt muss ich nur noch klären was "nicht festgelegt" bedeutet.

1. Wissen wir es vorher nicht? Also das Photon Bob ist zwar vor der Messung polarisiert (z.B. vertikal), und mit der Messung wissen wir es dann auch!?

2. Bewirkt der Messvorgang eine willkürliche Polarisation?

Wenn Punkt 2 zutrifft, dann frage ich mich, wieso wir überhaupt noch Polarisationen messen. An anderer Stelle wird behauptet, dass Photonen der heutigen kosmischen Hintergrundstrahlung in der Inflationsphase polarisiert wurden, und wir diese Polarisation heute noch messen können. Wenn dem so ist, dann haben doch die Photonen auch vor der Messung eine festgelegte Polarisation.

Wenn klar ist, dass die Messung willkürliche Werte ergibt, die nichts mit dem Zustand vor der Messung zu tun haben, dann macht die Messung doch gar keinen Sinn. Oder es handelt sich um irgendein Quanten-Dingens-Phänomen, was ich nicht begreife, weil ich zu makroskopisch denke :D

Wie auch immer ... ich verzupf mich jetzt in die Heia.

@Peter0167

Peter0167 schrieb:1. Wissen wir es vorher nicht? Also das Photon Bob ist zwar vor der Messung polarisiert (z.B. vertikal), und mit der Messung wissen wir es dann auch!?

Wir wissen es nicht da es vor der Messung nicht festgelegt ist ;-) Mit der Messung wird das Photon in einen bestimmten Polarisationszustand gezwungen.

Peter0167 schrieb:2. Bewirkt der Messvorgang eine willkürliche Polarisation?

Richtig. Das heißt die Messung bewirkt das sich ein bestimmter Polarisationszustand einstellt.

Wie wird die Polarisation eines Photons gemessen? Wir können z.B. einen Filter nehmen der nur vertikal polarisierte Photonen durchlässt. Wenn nun ein Photon daherkommt, dann hat es eine bestimmte Wahrscheinlichkeit in irgendeine Richtung polarisiert zu sein. Diese "irgendeine"Richtung lässt sich beschrieben bestehend aus einen vertikalen und einen horizontalen Anteil. Je höher der vertikale Anteil ist desto höher die Wahrscheinlichkeit das, das Photon den Polarisator durchquert. Wichtig: Bevor das Photon in den Filter gelangt kann sich der vertikale und horizontale Anteil mit der Zeit ändern. Sobald aber ein Photon durch den Filter gegangen ist wissen wir das es vertikal polarisiert ist. Das wird sich nicht mehr ändern. Was passiert wenn wir nach dem ersten Filter einen zweiten Filter in horizontaler Richtung aufstellen?

SpoilerAlle Photonen werden vom zweiten FIlter absorbiert, da dieser vertikal polarisierte Photonen absobiert und alle Photonen die den ersten Filter verlassen vertikal polarisiert sind.

Was passiert wenn wir den zweiten Filter in vertikale Richtung drehen?

SpoilerAlle Photonen werden gehen nun durch den zweiten ebenfalls vertikal iengestellten FIlter durch, da diese Photonen vertikal polarisierte sind.

Nehmen wir an jemand hat vergessen den ersten Filter zu markieren wie finden wir heraus wie er eingestellt ist? Wir messen zuerst die Gesamtzahl der Photnen die durchgeht. Dann nehmen wir einen zweiten Filter und messen mit welcher RIchtung alle Phtonen blockiert, bzw durchgelassen werden.

Was hat das mit der Hintergrundstrahlung zu tun? In der Inflationsphase wurde das Licht gestreut (ähnlicht wie das blaue Licht am Himmel dsa auch polarisiert ist) und damit in eine Richtung polarisiert, genau wie im Beipiel mit dem ersten FIlter. Wir können zuerst die Anzahl der Photonen der Hintergrundstrahlung messen. Nach dieser Messungn halten wir unseren Polarisationsfilter rein. Wenn in einer bestimmten Richtung keine Photonen mehr durchkommen sind sie in einer bestimmten Richtung polarsiert (So funktionieren auch Polarisationsfiltern an der Kamera, den reflektiertes Licht ist polarisiert und kann somit herausgefiltert werden.)

Bei einem einzelnen Photon hingegen können wir keine statistischen Aussagen machen. Es könnte polarisiert gewesen sein, muss es aber nicht. Wir können von einem einem einzigen Photon keine Aussage darüber machen wie sein Zustand vor dem Filter war.

mojorisin schrieb:Das heißt die Messung bewirkt das sich ein bestimmter Polarisationszustand einstellt.

Und das denn rein zufällig?

Feynman beschreibt das in seinen Feynman Lectures sehr gut ohne zuviel Mathematik.

Originalquelle: https://www.feynmanlectures.caltech.edu/III_05.html und Übersetzung. In der Übersetzung von Google Translate sind nicht alle Zeichen korrekt.

@skagerak

skagerak schrieb:Und das denn rein zufällig?

Rein zufällig. Das wird beim Spin noch verständlicher der entweder up oder down sein kann (Zwei Zustände für SPin halbe Teilchen). Ohne Messung ist der Spin in einem Überlagerungszustand von Up und down. Nach der Messung ist der Spin entweder nur up oder nur down und bleibt auch so. Wie hoch die Wahrscheinlichkeit ist den SPin in up oder down zu messen hängt natürlich ab von dem Überlagerungszustand vor der Messung.

Moin moin @mojorisin, erst mal Danke für die ausführliche Antwort und den Link. Ich werde das gleich im Anschluss alles durchgehen, insofern die Arbeit das zulässt. Vorher brauche ich aber noch ein oder zwei Käffchen :)

mojorisin schrieb:Wie hoch die Wahrscheinlichkeit ist den SPin in up oder down zu messen hängt natürlich ab von dem Überlagerungszustand vor der Messung.

Da komme ich jetzt wieder nicht ganz mit.
Ich dachte ein Überlagerungszustand ist eben ein Überlagerungszustand, und nicht "irgendeiner“ von vielen Überlagerungszuständen? 🤔

@skagerak
Überlagerungszustände sind normal nicht stationär, d.h. Sie ändern sich mit der Zeit. Reine Zustände hingegen sind stationär. Ich kann das am Freitag mal genauer erklären, wenn ich wieder zuhause bin.

Mit einem Polarisationsfilter wird ja im Grunde nicht wirklich gemessen, vielmehr wird damit nur "ausgesiebt". Man stellt am Filter eine bestimmte Ausrichtung (Polarisierung) ein und beschießt ihn mit Photonen. Alle Photonen die durchkommen hatten zufällig diese Polarisierung (so zumindest meine bisherige/aktuelle Vorstellung davon), die anderen werden geblockt.

Das läßt sich z.B. mit dem Aussieben von Kieselsteinen vergleichen. Mit der Größe der Maschen lege ich fest, welche Steine das Sieb passieren, alle Steine die größer sind verbleiben im Sieb. Hier ist es ja auch so, dass die Steine bereits vor dem Sieben ihre feste Größe hatten, bei den Photonen wird das ausgeschlossen, ... und genau das habe ich nicht begriffen.

Bei den Kieselsteinen wird es auch welche geben, von denen man vorher nicht weiß, ob sie durch das Sieb durchgehen, das merkt man erst hinterher. Ist auch irgendwie eine Art "Überlagerungszustand", obwohl die Größe immer fest stand. :D

Peter0167 schrieb:Alle Photonen die durchkommen hatten zufällig diese Polarisierung (so zumindest meine bisherige/aktuelle Vorstellung davon), die anderen werden geblockt

Sie hatten eine bestimmte Wahrscheinlichkeit für diese Polarisation, die hatten die Polarisation nicht vorher.

mojorisin schrieb:Sie hatten eine bestimmte Wahrscheinlichkeit für diese Polarisation, die hatten die Polarisation nicht vorher.

Womöglich liegt mal wieder alles an den (falsch) verwendeten Begriffen. Der Begriff Polarisation macht natürlich nur bei vielen Teilchen einen Sinn, also wenn man die Schwingungsrichtung der einzelnen Teilchen im Raum miteinander vergleicht. Ein einzelnes Teilchen ist zwar ausgerichtet, aber mangels Vergleichspartner nicht polarisiert.

Ein einzelnes Photon (insofern es nicht wechselwirkt) hat eine fest definierte Ausbreitungsrichtung, und senkrecht dazu stehend die schwingende elektrische und magnetische Feldstärke. Wenn viele Photonen die gleiche Ausrichtung haben (z.B. beim Laser), dann spricht man von polarisierter Strahlung. Natürliche Strahlungsquellen emittieren hingegen nur unpolarisierte Strahlung.

Sind wir uns wenigsten darin einig, dass ein wechselwirkungsfreies Photon auch vor der Messung eine fest definierte Ausbreitungsrichtung, sowie eine fest definierte Schwingungsrichtung der E- und M-Feldstärke besitzt (auch wenn die uns nicht bekannt ist)?

:merle:

Peter0167 schrieb:Sind wir uns wenigsten darin einig, dass ein wechselwirkungsfreies Photon auch vor der Messung eine fest definierte Ausbreitungsrichtung, sowie eine fest definierte Schwingungsrichtung der E- und M-Feldstärke besitzt (auch wenn die uns nicht bekannt ist)?

Das ist eine gute Frage.
Denn sonst würde ich diese Aussage von Mojo

mojorisin schrieb:Sie hatten eine bestimmte Wahrscheinlichkeit für diese Polarisation, die hatten die Polarisation nicht vorher.

so verstehen, dass das Photon seine Schwingungsrichtung dauernd ändert.

Ähnlich einem Propeller, der auf ein (z.B. vertikales) Gitter zufliegt
und nur dann durchgeht, wenn zufällig die Flügel zu dem Zeitpunkt auch vertikal sind.

Nachtrag:

Und nachdem der Propeller zufälligerweise das Gitter durchqueren konnte,
fliegt er weiter, aber der Propeller dreht nicht mehr,
sondern bleibt in der vertikalen Richtung stehen.

delta.m schrieb:dass das Photon seine Schwingungsrichtung dauernd ändert.

In der Quantenmechanik kann man sich da nie sicher sein, darum ist der Kram ja auch so schwer zu begreifen. Möglicherweise geschieht ja auch genau das bei Photonen ... ich kann es mir aber einfach nicht vorstellen. Darum reduziere ich komplexe Vorgänge zunächst auch gern auf ein Minimum, in dem Fall auf ein Photon und baue dann darauf auf.

Und bei einem einzelnen Photon spricht man auch nicht von Polarisation sondern von einer Schwingungsrichtung. Erst wenn man die Schwingungsrichtungen vieler Photonen (oder Wellenpakete) miteinander vergleicht, hat man eine polarisierte- oder auch unpolarisierte Strahlung ... (oder auch teilweise polarisiert).

Das habe ich gerade bei

https://www.leifiphysik.de/optik/polarisation

gelesen:

Passiert unpolarisiertes Licht einen idealen linearen Polarisationsfilter, so halbiert sich seine Intensität.

Das würde doch bedeuten,
dass das Licht vorher nur 2 zufällige Schwingungsrichtungen besitzt.

Aber auch das ist nicht ganz logisch:
Der Polfilter müßte ja auch genau EINE der beiden Winkel genau treffen.


Mach erstmal Pause ...

delta.m schrieb:Das würde doch bedeuten,
dass das Licht vorher nur 2 zufällige Schwingungsrichtungen besitzt.

Im Prinzip ist das richtig, die elektrischen und magnetischen Felder stehen ja senkrecht aufeinander. Die Schwingungsrichtung selbst ist jedoch zufällig.

Das sind nur 3 mögliche Ausbreitungsrichtungen, es sind aber alle Winkel dazwischen ebenso möglich.

delta.m schrieb:Der Polfilter müßte ja auch genau EINE der beiden Winkel genau treffen.

Der Polarisationsfilter lässt, je nachdem in welchem Winkel du ihn drehst, eben nur genau die Photonen durch, die exakt diesen Ausbreitungswinkel aufweisen.