Physiker der Royal Holloway: Klassische Gravitation induziert Quantenverschränkung

Zwei Physiker der Royal Holloway, University of London, haben eine theoretische Arbeit veröffentlicht, die darauf hindeutet, dass selbst klassische Gravitationsfelder eine Quantenverschränkung zwischen Materie hervorrufen können, ohne dass hierfür eine Theorie der Quantengravitation erforderlich ist. Die Forschung, federführend von Dr. Richard Howl und dem Doktoranden Joseph Aziz, wurde am 22. Oktober 2025 in der Fachzeitschrift Nature publiziert. Die Studie stellt etablierte Annahmen über die Wechselwirkung von Gravitation und Quantenmechanik in Frage, einem seit über einem Jahrhundert bestehenden wissenschaftlichen Ziel.

Die Arbeit von Aziz und Howl baut auf einem 1957 von Richard Feynman konzipierten Gedankenexperiment auf, das die Existenz von Quantengravitation beweisen sollte, falls das Gravitationsfeld eines in Quantensuperposition befindlichen Objekts ein anderes Objekt beeinflusst. Die zentrale Neuerung der Studie liegt in der Feststellung, dass Verschränkung auch ohne die Quantisierung der Gravitation entstehen kann. Dr. Howl betonte, dass die vorherrschende Annahme die Notwendigkeit von Quantengravitation für eine gravitationsbedingte Verschränkung war, die neue Argumentation jedoch postuliert, dass klassische Gravitationsfelder diesen Effekt zwischen Materie induzieren können.

In der klassischen Physik wird Gravitation als Krümmung der Raumzeit interpretiert, während die Quantenphysik fundamentale Kräfte durch diskrete Quanten vermittelt sieht. Die Ergebnisse der Forscher deuten darauf hin, dass Wechselwirkungen zwischen klassischen Gravitationsfeldern und den Quantenfeldern der Materie eine Form der „Quasi-Verschränkung“ erzeugen können, eine abgeschwächte Verschränkung, die keine Quantengravitation voraussetzt. Diese theoretische Erweiterung widerlegt die Quantengravitation nicht, präzisiert jedoch das Verständnis der Gravitationswirkung. Howl merkte an, dass ein stark beobachteter Effekt wahrscheinlich auf Quantengravitation hindeutet, während eine schwächere Korrelation durch die klassische Gravitation erklärt werden könnte.

Die theoretische Arbeit erweitert die Beschreibung der Materie auf den vollständigen Rahmen der Quantenfeldtheorie und zeigt, dass klassische Gravitationstheorien Quanteninformation übertragen und somit durch physikalische, lokale Prozesse Verschränkung generieren können. Diese Effekte skalieren anders als jene, die von Quantengravitationstheorien vorhergesagt werden, und liefern somit Anhaltspunkte für die erforderlichen Parameter eines Experiments zum Nachweis der Quantennatur der Gravitation. Praktische Experimente stehen vor erheblichen technischen Herausforderungen, insbesondere der Aufrechterhaltung der Systeme gegenüber der Dekohärenz durch unkontrollierbare Wechselwirkungen mit der Umgebung.

Feynman setzte sich intensiv mit der Gravitation und fundamentalen Fragen der Quantenmechanik auseinander, unter anderem bei der Chapel Hill Konferenz 1957. Dennoch zeigt sich Howl optimistisch, dass die von Feynman erdachten Experimente bald realisierbar sein könnten, um definitive Aussagen über die Quantennatur der Gravitation zu treffen. Forscher, wie Markus Aspelmeyer und Hans Hepach von der Universität Wien, arbeiten bereits an hochpräzisen Experimenten, die die Gravitation zwischen winzigen Massen, wie 2 Millimeter großen Goldkugeln, messen, um die Lücke zwischen Quanten- und Gravitationsexperimenten zu schließen. Die Fähigkeit, diese schwachen Effekte nachzuweisen, wird entscheidend sein, um die Gültigkeit der klassischen Gravitationsinduktion von Verschränkung gegenüber der Quantengravitation zu validieren.