Schrödingers Katze war erst der Anfang

Mal ehrlich — wer hat sich nicht schon mal gedacht, dass Quantenphysik komplett verrückt klingt? Mir ging das zumindest so, als ich mit fünfzehn zum ersten Mal von Schrödingers Katze hörte. Eine Katze, die gleichzeitig lebendig und tot ist? Solange niemand den Karton aufmacht? Nee, das kann doch nicht ernst gemeint sein.

Aber genau da liegt der Punkt: Die Physiker haben sich das nicht ausgedacht, um uns zu verwirren. Sie wollten damit ein wirklich seltsames Phänomen greifbar machen. Nämlich die Tatsache, dass winzige Teilchen gleichzeitig in mehreren Zuständen existieren können. Sie sind praktisch an zwei Orten oder haben zwei Eigenschaften gleichzeitig — zumindest so lange, bis jemand nachschaut.

Das Original-Gedankenspiel

Falls du es nicht mehr parat hast, hier die Kurzfassung:

Erwin Schrödinger, ein österreichischer Physiker, stellte sich vor, dass man eine Katze in einen abgedichteten Kasten sperrt. Zusammen mit einem radioaktiven Atom, einem Geigerzähler und einem Giftfläschchen. Zerfällt das Atom, löst das den Geigerzähler aus, das Gift wird freigesetzt — und die Katze hat Pech gehabt. Zerfällt es nicht, geht es der Katze gut.

Das Verrückte daran: Solange niemand den Kasten öffnet, wissen wir nicht, was passiert ist. Also existiert die Katze aus unserer Sicht in beiden Zuständen gleichzeitig — lebendig und tot. Erst durch das Beobachten "entscheidet" sich, welches Szenario eingetreten ist.

Schrödinger selbst hat das übrigens nie als echtes Experiment gedacht. Im Gegenteil — er wollte damit zeigen, wie bizarr Quantenmechanik wird, wenn man sie auf alltägliche Dinge anwendet. Niemand hatte vor, wirklich Katzen in Kisten einzusperren.

Und dann wurde es noch verrückter

Jahrzehntelang hatten Physiker den Verdacht, dass Superpositionen deutlich komplizierter sein könnten als nur "zwei Gegensätze gleichzeitig". Aber solche komplexen Zustände im Labor zu erzeugen? Das war lange Zeit kaum machbar.

Bis jetzt.

Ein Team an der Universität Oxford hat gerade Forschungsergebnisse veröffentlicht, die einem echt den Kopf verdrehen. Ihnen ist es gelungen, sogenannte "exotische" Quantensuperpositionen herzustellen — gewissermaßen neue Varianten von Schrödingers Katze, die nicht mehr in das einfache Zwei-Zustände-Modell passen.

Wie haben sie das geschafft? Sie haben ein einzelnes Strontium-88-Ion eingefangen (ja, diese Physiker und ihre exotischen Elemente) und es mit äußerster Präzision manipuliert. Dabei haben sie sowohl den inneren Quantenzustand des Ions gesteuert — den sogenannten "Spin", eine Art Mini-Magnetfeld — als auch seine Bewegung in der Falle.

Stell es dir so vor: Bisher konnten wir nur Superpositionen zwischen zwei противоположlichen Zuständen erzeugen. Wie ein Lichtschalter, der entweder an oder aus ist. Was das Oxford-Team geschafft hat, ist so, als hätten sie einen Quanten-Lichtschalter gebaut, der gleichzeitig an, aus, halb an, in einem bestimmten Muster flackernd und noch ein paar Konfigurationen sein kann, für die wir nicht mal Namen hatten.

Der leitende Forscher Sebastian Saner hat es so ausgedrückt: Sie hätten jetzt ein "Werkzeug, um Quantensuperpositionen in nahezu jede beliebige Form zu gießen." Jede Form. Das ist keine kleine Behauptung.

Warum sollte mich das interessieren?

Ich höre dich schon sagen: Spaßig für Physik-Nerds, aber was hab ich davon?

Hier kommt's: Wir sind gerade dabei, Quantencomputer zu bauen — Maschinen, die alles verändern könnten. Von der Medikamentenentwicklung über Klimamodelle bis hin zum Knacken von Verschlüsselungscodes. Das Problem nur: Diese Rechner sind extrem empfindlich und machen ständig Fehler.

Der Haken ist, dass unsere heutigen Quantencomputer auf "zweistufigen" Quantenbits basieren — im Grunde die Quantenversion eines An/Aus-Schalters. Aber wenn wir mit komplexeren Quantenzuständen arbeiten könnten wie denen aus dieser Forschung, ließen sich möglicherweise stabilere Systeme bauen, die ihre eigenen Fehler besser ausbessern.

Wie Saner es formuliert hat: "Das Schulbuchbild eines Quantensystems, das sich gleichzeitig an zwei Orten befindet, ist erst der Anfang. Es gibt eine viel größere Landschaft möglicher Quantenzustände, und wir lernen gerade erst, wie wir sie experimentell erreichen."

Das große Ganze

Was mich an dieser Geschichte am meisten fasziniert: Richard Feynmans berühmtes Zitat, dass niemand Quantenmechanik wirklich versteht, stammt aus dem Jahr 1964. Fast sechzig Jahre sind seitdem vergangen, und wir entdecken immer noch neue Aspekte davon. Wir stoßen immer noch an die Grenzen dessen, was die Realität zulässt.

Und ehrlich? Das finde ich irgendwie beruhigend. Es gibt noch so viel, das wir nicht wissen. So viel zu erforschen. Das Universum ist seltsamer und flexibler, als unser Alltagsverstand uns weismachen will. Und ab und zu bekommen wir einen kleinen Eindruck davon, wie tief der Kaninchenbau eigentlich ist.

Also, das nächste Mal, wenn jemand bei einem Dinner über Schrödingers Katze schwafelt, kannst du sagen: "Ach, das ist doch von gestern. Wir sind längst über die einfachen lebendig-oder-tot-Szenarien hinaus. Quantenphysik ist mittlerweile Kunst."

Deine Tischgenossen werden entweder beeindruckt sein oder besorgt. Auf jeden Fall liegst du richtig.

Quelle: https://www.popularmechanics.com/science/a71715312/new-schrodingers-cat