Wie man ein EPR-Paar erzeugt und den Anfangszustand präpariert
Am einfachsten ist die Erzeugung von Paaren EPR-korrelierter Quantenobjekte im Fall von Photonen. Ein mögliches Verfahren, das z. B. bei Experimenten zur Überprüfung der Bell´schen Ungleichung angewandt wurde, besteht darin, die Zerfallseigenschaften bestimmter angeregter Zustände von Atomen auszunutzen. Beim Übergang in den Grundzustand emittieren sie zwei Photonen, deren Polarisation EPR-Korrelationen aufweist.
Heutzutage wird eine andere, effektivere Technik häufiger angewandt. Unter bestimmten Umständen werden beim Durchgang von Strahlung durch einen nichtlinearen Kristall EPR-korrelierte Photonen erzeugt. In einem Prozess, den man als “parametrische Down-Konversion” bezeichnet, entstehen aus einem einlaufenden Photon zwei auslaufende Photonen mit EPR-korrelierter Polarisation. Die Wellenlänge des einlaufenden Photons liegt im UV-Bereich, die der im Kristall erzeugten Photonen im sichtbaren Bereich.
Die Präparation des Anfangszustandes für die Teleportation soll besipielhaft am Innsbrucker Experiment dargestellt werden (Bild unten). Ein einlaufender Impuls aus UV-Strahlung wird durch einen nichtlinearen Kristall K geleitet, wo – wie oben beschrieben – mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit ein Photonenpaar mit EPR-korreliertem Polarisationzustand erzeugt wird.
Durch Spiegel wird eines dieser Photonen zu “Alice” geleitet, das andere zu “Bob”. Um das zu teleportierende Photon zu erzeugen, wird der UV-Puls an einem Spiegel S reflektiert und noch einmal durch den Kristall geleitet. Hier entsteht (wieder mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit) ein zweites Photonenpaar. An einem dieser Photonen wird mit einem Polarisationsfilter der Zustand 3 präpariert (d. h. ein bestimmter linearer oder zirkularer Polarisationszustand). Dieses Photon wird zu “Alice” geleitet.
Mit der Erzeugung des EPR-Paares und der Präparation von Photon 3 ist der zur Teleportation benötigte Anfangszustand erzeugt. Das experimentelle Problem besteht nun darin, an den Photonen 2 und 3 die Bell-Messung vorzunehmen.