Zwei Photonen, eine Geschichte – Ein metaphorischer Ansatz zur Verschränkung

Zwei Photonen, eine Geschichte

Habt ihr schon einmal von der geheimnisvollen Insel namens Superposition gehört? Sie ist auf keiner Karte verzeichnet, ihre Häuser bestehen nicht aus Ziegeln, sondern aus Möglichkeiten, ihre Straßen sind nicht gerade, sondern wellenförmig, und jede Nacht schimmert ein zarter, silberner Schleier über der Insel. Auf dieser Insel lebte ein Zauberer namens Hilbert. Er besaß eine einzigartige magische Kraft: Er konnte Licht erschaffen, es aufhalten und alle seine Eigenschaften beeinflussen.

Eines Tages trieb ein gewaltiger Sturm den einsamen Fischer Albert in seinem Boot hinaus aufs Meer und er wurde an die Küste der geheimnisvollen Insel gespült. Erschöpft von der Höllenfahrt setzte er sich auf einen alten, moosbedeckten Stein, um sich auszuruhen. Dabei stieß er einen tiefen Seufzer aus. Das goldene Sonnenlicht fiel durch das Blätterdach der Bäume und warf zwei winzige Lichtflecke auf den Boden, als hätten die Bäume selbst Sterne über das Gras verstreut. Schweigend beobachtete er die Welt um sich herum. Er hörte die Blätter leise im Wind rascheln, sah einen Schmetterling anmutig über den Blumen tanzen und atmete den Duft von frischer Erde und Kiefernharz ein. Das Plätschern eines Baches begleitete den Moment wie eine sanfte Melodie.

Plötzlich bemerkte er, dass die beiden winzigen Lichtflecke zum Leben erwachten und begannen einen seltsamen Tanz aufzuführen. Der Fischer, der schon immer über die Geheimnisse der Natur gestaunt hatte, gab den Lichtflecken Namen: Den einen Lichtfleck nannte er Alice, den anderen Bob. Doch ihr aufregender, verspielter Tanz verwirrte Albert. Wenn er auch nur für einen Augenblick die Augen schloss – und blinzeln musste er nun mal –, verlor er die beiden Lichtflecke aufgrund ihrer wellenförmigen, anmutigen Bewegungen aus den Augen. Er konnte nicht mehr sagen, welcher Alice und welcher Bob war. Sie sahen so vollkommen identisch aus, dass man sie einfach nicht auseinanderhalten konnte. Er wusste nicht, dass diese beiden Lichtflecke von Hilbert, dem Magier, erschaffen worden waren.

Albert beschloss, diese faszinierenden Lichtflecke zu untersuchen, und da sie sich in ihrer Beschaffenheit nicht unterschieden, gab er ihnen den gleichen Nachnamen: Photon. „Kann ich Alice Photon und Bob Photon überhaupt als unterschiedliche Dinge bezeichnen? Schließlich sind sie identischer als alles, was ich je in meinem Leben gesehen habe. Wenn zwei Dinge keine unterschiedlichen Eigenschaften haben, was unterscheidet sie dann? Außerdem gilt meine Namensgebung ja nur zwischen zwei Mal Augenblinzeln, und das fühlt sich ziemlich an den Haaren herbeigezogen an …“, sinnierte Albert.

Albert gefiel diese Situation ganz und gar nicht und er überlegte sich ein besonderes Experiment. Er trennte die beiden Photonen mithilfe von Spiegeln. Er hoffte, dass sie durch diese räumliche Trennung für immer voneinander zu unterscheiden wären. Er schmiedete den Plan, das eine Photon in heidelbeerblau und das andere in himbeerrot anzumalen. Doch jedes Mal, wenn er von dem einen gerade angemalten Photon zum nächsten ging, verfärbte sich das andere Photon ebenfalls: Manchmal nahm es genau die gleiche, manchmal genau die andere Farbe an.

Plötzlich hallte eine seltsame, tiefe, uralte Stimme vom Himmel herab. Die Stimme war leise und rau wie das Knistern eines warmen Feuers – sie rief ein Gefühl tiefer, innerer Ruhe hervor. „Die Lichtteilchen, die du Photonen nennst, sind miteinander verschränkt“, raunte die Stimme des weisen Hilberts. „Stell dir zwei Geschwister vor, die nicht nur zusammen geboren wurden, sondern aus einem einzigen gemeinsamen Schicksal hervorgegangen sind.“

„Wie Zwillinge?“, fragte Albert.

„Ja, aber viel ungewöhnlicher. Wenn einer von zwei ‚normalen‘ Zwillingen lächelt, kann der andere sich nichtsdestotrotz dazu entscheiden, traurig zu sein. Bei Quantenzwillingen ist das jedoch anders. Sie treffen keine getrennten Entscheidungen: Sie sind zwei Teile eines einzigen, gemeinsamen Zustands.“

Albert verstand das nicht. Wie konnten zwei getrennte Objekte eine einzige Einheit sein? Da erschien Hilbert und hielt beide Lichtteilchen hoch. „Dieses Photonenpaar existiert nicht als zwei getrennte Einheiten, sondern als zwei Teile eines großen Ganzen. Wenn du sie dir in Gedanken als zwei Dinge vorstellst, bist du bereits auf dem Holzweg. Es ist unmöglich, sie getrennt zu behandeln. Wenn du das eine anmalst, nimmt das andere augenblicklich die gleiche – oder die andere – Farbe an.“

Albert war verblüfft: „Und was passiert, wenn sich ein Photon hier am Strand befindet und wir das andere ans andere Ende der Insel bringen? Was wird dann geschehen?“

„Das Experiment fällt wieder genauso aus wie zuvor“, antwortete Hilbert. „Das ist Quantenverschränkung. Kein sichtbarer Faden verbindet sie, kein Energiefluss findet zwischen ihnen statt. Die Verbindung ist nicht räumlicher, sondern mathematischer und physikalischer Natur: Die Beiden existieren in einem gemeinsamen Zustand. Man kann diesen Zustand lediglich beschreiben, als mathematische Größe, die statistische Vorhersagen ermöglicht. Ausgehend von diesem Zustand kann man Wahrscheinlichkeitsaussagen treffen, also zum Beispiel: Die Wahrscheinlichkeit, dass Alice Photon blau ist und Bob Photon rot, liegt bei 25 %.“

Albert begann zu verstehen. Quantenverschränkung war wie zwei Personen, die Teil eines einzigen Satzes sind. Oder wie ein Musikensemble, bei dem man nicht die einzelnen Musiker heraushört, sondern die Musik als Ganzes wahrnimmt und genießt.

Plötzlich ertönte ein lauter Donnerschlag und Albert erwachte zu Hause aus seinem Traum – in seinem weichen, warmen Bett, eingehüllt in seine Decke. Nun wusste Albert aber: In den Tiefen des Universums wandern keine Objekte mit magischen Höchstgeschwindigkeiten umher, sondern Zustände, die sich austauschen und dabei an strenge Regeln gebunden sind. Es kommt nicht darauf an, wo sich etwas befindet, sondern vielmehr darauf, in welchem Zustand es sich befindet und mit wem es koexistiert. Diese großen Geheimnisse der Natur hatten ihn überrascht, doch er hatte erkannt: Hilbert, der Meister des Lichts, würde die Existenz von Zuständen, die nicht an Raum und Zeit gebunden sind – also zum Beispiel Zustände, die sich weigern, zwei Photonen als getrennte Teile zu beschreiben –, nicht verbieten. Vielleicht könnte man diese seltsame Eigenschaft eines Tages für viele nützliche Dinge nutzen...