In Laboren werden bereits Quantenzustände erzeugt, in denen sich Millionen von Atomen entgegen allen Erwartungen der klassischen Physik wie ein einziges Ganzes verhalten. Neue Maße der „extensiven Größe“ und der „verschränkten Größe“ ermöglichen es, den Umfang dieser Kohärenz und Verschränkung in realen Experimenten mit mechanischen Systemen präzise abzuschätzen.
Die Theoretiker Benjamin Yadin von der Universität Siegen in Deutschland und Matteo Fadel von der Peking-Universität und der ETH Zürich veröffentlichten am 30 Oktober 2026 in der Zeitschrift Quantum eine Arbeit, in der sie zwei unabhängige Maße einführen. Das erste – extensive size – zeigt, über welche Distanz oder welchen Impuls die Kohärenz relativ zu atomaren Maßstäben erhalten bleibt. Das zweite – entangled size – zählt die minimale Anzahl von Teilsystemen, die verschränkt sein müssen, um die beobachteten Daten zu erklären. Beide Maße stützen sich auf strenge Begriffe der Quanteninformationstheorie und sind auf experimentelle Ergebnisse anwendbar.
Die Autoren wandten die Maße auf jüngste Experimente mit mikromechanischen Oszillatoren und Molekülbeugung an. Als Ergebnis erhielten sie untere Schranken für genuine multipartite entanglement – echte Vielteilchenverschränkung – auf dem Niveau von 10^5 bis 10^7 Atomen. Das bedeutet, dass zur Erklärung der beobachteten Interferenzbilder genau so viele Teilchen als verschränkt angesehen werden müssen und nicht weniger.
Man stelle sich eine gewöhnliche Lichterkette vor: Wenn ein Lämpchen erlischt, kann die ganze Kette ausgehen. Hier hingegen verbindet die Verschränkung die Atome so, dass das Verhalten des gesamten Systems vom kollektiven Quantenzustand und nicht von einzelnen Teilchen abhängt. Genau diese Eigenschaft erfassen die neuen Maße und ermöglichen es, völlig unterschiedliche Experimente auf einer einheitlichen Skala zu vergleichen.
Die Arbeit zeigt, dass sich moderne mechanische Systeme bereits einem Regime nähern, in dem Quanteneffekte auf makroskopischer Ebene zutage treten. Dies ebnet den Weg zur Prüfung grundlegender Fragen, einschließlich möglicher Grenzen, die durch die Quantengravitation auferlegt werden, sowie zur Entwicklung robusterer Quantensensoren und Rechenelemente.
Die am 30 Oktober 2026 in Quantum veröffentlichten Ergebnisse liefern ein klares Instrument zur Bewertung des Fortschritts in der makroskopischen Quantenmechanik und setzen neue Orientierungspunkte für künftige Experimente.
