Der Quantum Eraser · Teil l
Der Doppelspalt
Es gibt Experimente, die nicht nur neue Fakten liefern, sondern unser gesamtes Bild von Wirklichkeit erschüttern. Das Doppelspaltexperiment ist eines davon. Der Delayed-Choice Quantum Eraser ist sein verstörendster Nachfolger.
Um den Quantum Eraser zu verstehen, müssen wir bei der einfacheren Frage beginnen: Was passiert, wenn ein einzelnes Lichtteilchen auf einen Schirm mit zwei Öffnungen trifft?
Ein Laser beschießt eine blickdichte Wand mit zwei schmalen Spalten. Dahinter ein Detektorschirm. Lässt man viele Photonen passieren, zeigt sich kein einfaches Bild zweier heller Streifen — wie man es von Kugeln erwarten würde, die durch zwei Löcher fliegen. Stattdessen entsteht ein Interferenzmuster: viele abwechselnde helle und dunkle Bänder, die Zeugnis geben von Wellen, die sich überlagern und gegenseitig verstärken oder auslöschen.
Die Wellen von Spalt A und Spalt B breiten sich wie Wasserwellen aus und überlagern sich. Wo Wellenberge zusammentreffen, entsteht ein heller Streifen — wo Berg und Tal sich auslöschen, bleibt Dunkelheit
Das Frappierende: Dieses Muster entsteht auch dann, wenn man die Photonen einzeln, mit großem zeitlichem Abstand, abfeuert. Jedes Photon interferiert gleichsam mit sich selbst. Es ist keine statistische Illusion — es ist die quantenmechanische Realität des Photons, das sich als Welle durch beide Spalten gleichzeitig bewegt, solange niemand hinschaut.
Was passiert, wenn wir hinschauen?
Man platziert an den Spalten Detektoren, die registrieren, durch welchen Spalt das jeweilige Photon tritt. Das Ergebnis ist vernichtend eindeutig: Das Interferenzmuster verschwindet sofort. Die Photonen verhält sich fortan wie klassische Teilchen — sie treffen den Schirm in zwei Häufungen, eine hinter jedem Spalt.
Die bloße Möglichkeit des Wissens — nicht die Messung selbst, nicht der Beobachter, sondern die prinzipielle Zugänglichkeit der Information — genügt, um die Wellennatur zu vernichten.
Dies ist keine Frage unzureichender Messtechnik. Es ist ein fundamentales Prinzip: Komplementarität. Wellenartige Ausbreitung und definierter Weg schließen sich logisch aus. Wir können nicht beides gleichzeitig wissen — und die Natur bietet uns nicht beides gleichzeitig an.
Der Quantum Eraser
Das Experiment von Kim et al. (1999) geht noch einen entscheidenden Schritt weiter. Es fragt: Was geschieht, wenn wir die Welcher-Weg-Information nachträglich löschen — nachdem das Signal-Photon den Schirm bereits getroffen hat?
Die Erzeugung verschränkter Photonenpaare
Der Schlüssel liegt in der spontanen parametrischen Fluoreszenz (SPDC). Ein UV-Laser beschießt einen nichtlinearen BBO-Kristall. Gelegentlich zerfällt dabei ein UV-Photon in zwei Tochterphotonen — Signal und Idler — die zusammen exakt die Energie und den Impuls des Mutterphotons tragen und quantenmechanisch miteinander verschränkt sind: Was mit einem passiert, bestimmt instantan den Zustand des anderen, egal wie weit sie voneinander entfernt sind.
An den Spalten befinden sich weitere BBO-Kristalle, die jedem Photon eine spaltspezifische Polarisationsmarkierung aufprägen. Das Signal-Photon trägt damit implizit die Information, durch welchen Spalt es gelaufen ist — und überträgt diese Information durch die Verschränkung auf sein Idler-Geschwister.
Die verzögerte Wahl
Das Signal-Photon trifft — auf direktem Weg — zuerst auf den Detektorschirm D0. Das Idler-Photon wird über eine lange Umwegstrecke geleitet und trifft erst erheblich später auf eine Anordnung von Strahlteilern, die über sein weiteres Schicksal entscheiden.
Schematischer Aufbau des Delayed-Choice Quantum Erasers. Das Signal-Photon trifft D0 vor der Entscheidung des Idler-Photons
Das Ergebnis
Landet das Idler-Photon an D1 oder D2, ist seine Welcher-Weg-Information durch die Strahlteilerkonstellation unwiederbringlich gelöscht. Wird man die Treffer auf D0 nur mit diesen Ereignissen zusammengeführt betrachtet — die sogenannte Koinzidenzauswertung — erscheint ein Interferenzmuster. Landet das Idler-Photon dagegen an D3 oder D4, bleibt die Weg-Information erhalten. Die korrespondierenden D0-Treffer zeigen kein Interferenzmuster.
Und das Verstörendste: Das Signal-Photon hat D0 bereits getroffen, bevor die Entscheidung über das Idler-Photon fiel.
Das Muster auf D0 scheint von etwas abzuhängen, das erst in der Zukunft geschieht. Nicht die Vergangenheit bestimmt die Gegenwart — die Messung am Idler bestimmt rückwirkend, was das Signal-Photon war.
Es gibt dabei keine Möglichkeit zur Signalübertragung in die Vergangenheit: D0 allein — ohne die spätere Koinzidenzauswertung — zeigt zu keinem Zeitpunkt ein Interferenzmuster. Die Struktur enthüllt sich erst in der gemeinsamen Betrachtung. Dennoch bleibt die philosophische Frage, was dieses Experiment über die Natur von Realität, Zeit und Kausalität aussagt — und genau dieser Frage widmet sich der zweite Artikel dieser Reihe.
