Quantenverschränkung mithilfe von Schachteln modellieren

Material

• 4 Schachteln (ca. 10 cm x 8 cm x 6 cm)
• Klebezettel
• Bleistifte
• Bilder von Schuhen
• Kleber
• Scheren

Aufgaben für die Schüler*innen

Es müssen vier Schachteln vorbereitet werden. In jede Schachtel wird das Bild eines Schuhs gelegt. In die Schachtel Nr. 1 kommt zum Beispiel das Bild eines linken Turnschuhs und in die Schachtel Nr. 2 das Bild des dazugehörigen rechten Schuhs, sodass die Bilder in beiden Schachteln ein vollständiges Paar Turnschuhe ergeben.

Genauso wird das Bild eines linken Stiefels in die Schachtel Nr. 3 und das Bild des dazugehörigen rechten Stiefels in die Schachtel Nr. 4 gelegt. Auf den Deckel wird jeweils das Bild des Turnschuh-bzw. Stiefelpaars geklebt. Die Schüler*innen können das Bild auf dem Deckel jeder Schachtel sehen, aber die Schachteln sollten geschlossen sein, damit sie nicht wissen, ob sich darin ein rechter oder ein linker Turnschuh (oder Stiefel) befindet.

1. Jede*r Schüler*in bekommt eine verschlossene (!) Schachtel.
2. Die Schüler*innen sollen sich an verschiedene, weit voneinander entfernte Orte in der Schule begeben.
3. Das Ziel ist, herauszufinden, mit welcher Schachtel sie „quantenverschränkt“ sind, und was passiert, wenn sie eine „Messung“ durchführen, d. h. wenn sie den Inhalt der Schachteln überprüfen. 
   Wenn auf dem Deckel meiner Schachtel beispielsweise das Bild eines Stiefelpaars zu sehen ist, kann ich daraus schließen, dass meine Schachtel mit der anderen Schachtel mit dem gleichen Bild verschränkt ist. Wenn ich meine Schachtel öffne (was einer Messung entspricht) und darin den linken Stiefel finde, weiß ich automatisch, dass die andere Schachtel den rechten Stiefel enthält. Daher muss ich die andere Schachtel nicht „messen“, um zu wissen, was sich darin befindet.
4. Während die Schüler*innen an ihren verschiedenen Orten sind, sollen sie auf einen Klebezettel schreiben, was sich in ihrer eigenen Schachtel und was sich in der „verschränkten Schachtel“ befindet. Sie kennen das Ergebnis einer „Messung“, ohne diese durchzuführen.
5. Schließlich kehren die Schüler*innen ins Klassenzimmer zurück, tauschen ihre Ergebnisse aus und öffnen ihre Schachteln vor der Klasse, um zu beweisen, dass ihre Ergebnisse richtig sind.

Zum Abschluss dieser Aktivität sollte die Lehrkraft die Grenzen dieser Analogie aufzeigen und den Unterschied zwischen dem „Schuhkarton“-Experiment und dem Zustand eines Qubits vor und nach einer Messung erklären: Der rechte Schuh war immer der rechte Schuh, vor und nach der „Messung“. Wenn wir aber eine Messung an einem Qubit durchführen, bricht dessen Zustand in einen bestimmten Zustand zusammen (siehe Grundlagen der Quantenphysik).

Diese Aktivität kann mit beliebig vielen Schachteln durchgeführt werden, je nach der Anzahl der Schüler*innen in der Klasse. Jede*r Schüler*in sollte eine Schachtel haben.