Im Alltag finden Ereignisse in einer festgelegten Reihenfolge statt: Das eine geschieht vor dem anderen. In der Quantenphysik kann sich die Natur jedoch auf überraschende Weise verhalten. Ein solches Phänomen ist die unbestimmte Kausalordnung, bei der die Reihenfolge zweier Ereignisse nicht festgelegt ist, sondern in einer Quantenüberlagerung vorliegt. Anstatt in der einen oder anderen Reihenfolge aufzutreten, können beide Reihenfolgen effektiv gleichzeitig stattfinden, bis das System gemessen wird. Diese ungewöhnliche Eigenschaft stößt auf wachsendes Interesse, da sie Aufgaben ermöglicht, die in der konventionellen Physik unmöglich sind.
Dr. Lorenzo M. Procopio, Forscher am Institut für Photonische Quantensysteme (PhoQS) in der Gruppe für Mesoskopische Quantenoptik von Prof. Dr. Tim Bartley, und seine Kollegen zeigen, wie die unbestimmte kausale Reihenfolge in einem System der Hohlraum-Quantenelektrodynamik genutzt werden kann, um starke Quantenverbindungen – sogenannte Verschränkungen – zwischen zwei weit voneinander entfernten Lichtfeldern herzustellen, die niemals direkt miteinander interagieren. Sie zeigen, dass dieser Quanteneffekt einen kohärenten Lichtaustausch zwischen den Resonatoren ermöglicht, ohne den Zustand des Atoms zu verändern, das die Wechselwirkung vermittelt, und sogar die Erzeugung hochgradig nichtklassischer Lichtzustände, sogenannter NOON-Zustände, ermöglicht. Diese Ergebnisse zeigen, dass die unbestimmte kausale Ordnung ein leistungsstarkes neues Werkzeug zur Steuerung von Licht-Materie-Wechselwirkungen und zur Weiterentwicklung zukünftiger Quantentechnologien darstellt.
Der Artikel wurde in der Fachzeitschrift „Physical Review Research“ veröffentlicht und ist unter folgendem Link zu finden: https://journals.aps.org/prresearch/abstract/10.1103/wgr6-1g5m
Hintergrund Informationen zu unbestimmten Kausalreihenfolgen: https://physicsworld.com/a/indefinite-causal-order-how-quantum-physics-is-challenging-our-understanding-of-cause-and-effect/
