Quantenverschränkung bedeutet letztlich, dass auch materielle Strukturen schwingende Energie sind, deren Verhalten sich nur mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit vorhersagen lässt. Ihre Messung war bisher nur in isolierten Laborsystemen mit wenigen Teilchen möglich.
Forscher vom Los Alamos Laboratory (New Mexico) haben nun erstmals eine Methode entwickelt, um Quantenverschränkung direkt in Festkörpermaterialien mit Billionen von Teilchen zu messen. Das Team verfeinerte die Neutronenstreuung: Neutronen werden auf ein Material gefeuert, und die Art, wie sie abprallen, verrät etwas über den inneren Zustand des Materials, etwa die Atomanordnung und quantenmechanische Eigenschaften. Der entscheidende Schritt war die Kombination dieser Technik mit einem neueren mathematischen Konzept namens Quantum Fisher Information (QFI). QFI wirkt wie ein Verschränkungsmesser: Statt jedes einzelne Teilchen zu verfolgen, gibt sie an, wie viele Teilchen mindestens verschränkt sein müssen, um das beobachtete Signal zu erzeugen.
Wenn Materie ihr Quantenmuster zeigt
Zum Test untersuchten die Forscher einen aus Kalium, Kupfer und Fluor aufgebauten Kristall, der bereits theoretisch simuliert worden ist. Der Vergleich zwischen Experiment und Theorie ergab eine hohe Übereinstimmung. Die Methode funktioniere aber auch dann, wenn kein perfektes theoretisches Modell des Materials existiert und die Probe nicht rein ist, was bei realen Materialien der Regelfall ist.
Materialien mit hoher Verschränkung könnten als Grundlage für zukünftige Quantencomputer oder abhörsichere Kommunikationsnetze dienen. Ein nächster spannender Schritt wäre die Untersuchung sogenannter Quantenphasenübergänge – Punkte, an denen ein Material seinen Zustand schlagartig ändert, ähnlich wie Wasser beim Gefrieren, aber durch Quanteneffekte ausgelöst. Dort sagt die Theorie eine dramatische Spitze der Verschränkung voraus, die bisherige Modelle aber nicht zuverlässig beschreiben können.
