Verschränkung einfach erklärt
Verschränkung verbindet zwei oder mehr Qubits so, dass ihre Messergebnisse zusammenhängen. Jedes einzelne Ergebnis ist zufällig, aber zusammen passen sie immer zueinander, und zwar auf eine Weise, die keine vorherige Absprache erklären kann. Für Quantencomputer ist Verschränkung eine der wichtigsten Zutaten.
Zwei Münzen, die zusammenhalten
Stell dir zwei Münzen vor, die du gleichzeitig wirfst. Normalerweise sind alle vier Ergebnisse möglich: Kopf-Kopf, Kopf-Zahl, Zahl-Kopf und Zahl-Zahl. Bei zwei verschränkten Qubits ist das anders.
Im Quantencomputer entsteht ein einfaches verschränktes Paar mit zwei Rechenschritten: H bringt das erste Qubit in Überlagerung, ein Wenn-dann-Schritt (CNOT) verbindet es mit dem zweiten. Misst man danach beide, kommt nur noch 00 oder 11 heraus, jedes ungefähr in der Hälfte der Fälle. 01 und 10 kommen nie vor. Dieses Paar heißt Bell-Zustand.
Probier es aus: zwei verschränkte Münzen Nicht einfach vorher abgesprochen
Man könnte meinen, die beiden Qubits hätten ihr Ergebnis längst „vereinbart“, wie zwei Handschuhe, die man in getrennte Kisten packt: Wer den linken findet, weiß sofort, dass im anderen Karton der rechte liegt.
Der Physiker John Bell zeigte 1964, dass man diese Erklärung prüfen kann. Misst man verschränkte Teilchen in verschiedenen Richtungen, sagen Absprache und Quantenphysik unterschiedliche Ergebnisse voraus. Experimente seit den 1970er-Jahren haben immer wieder die Quantenphysik bestätigt. Dafür erhielten Alain Aspect, John Clauser und Anton Zeilinger 2022 den Nobelpreis für Physik.
Keine Nachrichten schneller als Licht
Albert Einstein nannte Verschränkung „spukhafte Fernwirkung“. Tatsächlich hängen die Ergebnisse auch dann zusammen, wenn die Teilchen weit voneinander entfernt sind.
Eine Nachricht kann man damit trotzdem nicht schicken. Jedes einzelne Ergebnis ist zufällig, und man kann es nicht steuern. Den Zusammenhang erkennt man erst, wenn man beide Messreihen auf normalem Weg vergleicht.
Wozu braucht ein Quantencomputer Verschränkung?
Ohne Verschränkung wäre ein Quantencomputer nur eine Sammlung einzelner Qubits, die sich jeweils leicht nachrechnen lassen. Erst verschränkte, gemeinsame Zustände machen die Rechnung so reichhaltig, dass ein normaler Computer schnell an seine Grenzen kommt. Schaltungen mit wenig Verschränkung lassen sich deshalb oft mit kompakteren Verfahren simulieren.
Verschränkung steckt auch in vielen anderen Quantentechniken: in der Fehlerkorrektur, die Information über viele Qubits verteilt, in der Quantenteleportation und in manchen Verfahren der Quantenkryptografie.
Häufige Fragen zur Verschränkung
Was ist Verschränkung einfach erklärt?
Verschränkung verbindet Qubits so, dass ihre Messergebnisse zusammenhängen. Jedes einzelne Ergebnis ist zufällig, aber zusammen passen sie immer zueinander.
Wie entsteht Verschränkung im Quantencomputer?
Zum Beispiel mit zwei Rechenschritten: H bringt ein Qubit in Überlagerung, ein CNOT-Gatter verbindet es mit einem zweiten Qubit. Das Ergebnis ist ein Bell-Zustand, bei dem nur 00 oder 11 gemessen wird.
Kann man mit Verschränkung schneller als Licht kommunizieren?
Nein. Die einzelnen Messergebnisse sind zufällig und lassen sich nicht steuern. Den Zusammenhang sieht man erst, wenn man die Ergebnisse auf normalem Weg vergleicht.
Wofür gab es den Nobelpreis für Physik 2022?
Alain Aspect, John Clauser und Anton Zeilinger erhielten ihn für Experimente mit verschränkten Lichtteilchen. Sie zeigten, dass sich Verschränkung nicht durch eine vorherige Absprache erklären lässt, und legten Grundlagen für die Quanteninformation.
Was ist ein Bell-Zustand?
Der einfachste verschränkte Zustand zweier Qubits. Beim Messen kommt entweder 00 oder 11 heraus, jeweils mit der Wahrscheinlichkeit ein halb.
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Quellen
- Nobelpreis für Physik 2022: Aspect, Clauser, Zeilinger – Experimente mit verschränkten Photonen (4. Oktober 2022)
- Bundesregierung: Quantencomputing kurz erklärt
Stand: 31. Oktober 2026
Verschränke zwei Qubits.
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