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Der Physikergruppe um Anton
Zeilinger von der Universität
Wien ist es gelungen, Photo-nen, also Lichtteilchen, "im
Akkord" 600 Meter weit über die Donau zu teleportieren.
Ihr Experiment legt den Grundstein für eine weltweite "Quantenkommunikation".
Die For-scher stellen ihre Arbeit im Fachmagazin Nature
(Bd. 430, S. 849) vor.
Die Quantenteleportation nutzt eine skurrile Eigenschaft der Quantenmechanik,
die Albert Einstein 1935 "spukhafte Fernwirkung" genannt
hatte.
Einstein hatte erkannt, dass es aufgrund der quantenmechanischen
Gesetze möglich ist, zwei physikalische Teilchen – beispielsweise
Photonen – so miteinander zu verbinden, dass sie sich ähnlich
wie telepathisch begabte Zwillinge verhalten.
Führt man an einem der beiden Photonen eine Messung durch,
dann "spürt" sein Zwilling dies im gleichen Augenblick
und ändert seinen quantenmechanischen Zu-stand – und
das unabhängig davon, wie weit die beiden Teilchen inzwischen
voneinander entfernt sind.
Einstein schloss allerdings damals aus seiner
theoretischen Berechnung, dass die Quantenmechanik unvollständig
sein müsse, weil sie eine solch absurde Vorhersage macht.
Inzwischen weiß man, dass Einsteins Rechnung richtig, seine
Schlussfolgerung aber falsch war. Die spukhafte Fernwirkung existiert.
Mit ihrer Hilfe gelang dem Team um Zeilinger bereits 1997 die
erste Quantent-eleportation im Labor.
An einer Teleportation
sind insgesamt drei Photonen beteiligt: Das zu teleportierende
Photon und zwei "Zwillingsphotonen". Nach-dem die Zwillingsphotonen
erzeugt worden sind, wird im aktuellen Experiment der Zei-linger-Gruppe
einer der beiden Zwillinge über ein Glasfaserkabel zur anderen
Seite der Donau geschickt. Die Physiker nutzten dazu einen Abwasserkanal,
der unter der Donau verläuft. Das Kabel ist somit Temperatur-schwankungen
ausgesetzt – anders, als bei den Idealbedingungen eines Laborexperi-ments.
Anschließend wird das zu teleportierende Photon mit dem
zurückgebliebenen Zwillings-photon "verschränkt",
das heißt, dass nun zwischen diesen beiden Photonen eine
spukhafte Fernwirkung besteht.
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Im gleichen Augenblick nimmt das Photon auf
der anderen Seite der Donau den quantenmechanischen Zustand des
zu teleportierenden Photons an – oder einen dazu symmetrischen
Zustand.
Nun muss noch über eine gewöhnliche Funkverbindung eine
Information über die Verschränkung übertragen werden.
Dies dient dazu, den eventuell vorhandenen symmetrischen Zustand
in den tatsächlich ursprünglich vorhandenen Zustand
zu trans-formieren. Damit ist die Teleportation voll-zogen.
Bei der Quantenteleportation wird also keine Materie transportiert,
wie dies beim Beamen in der Fernsehserie Raumschiff Enterprise
suggeriert wird.
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Aber es wird ein quantenmechanischer Zustand
– also eine Eigenschaft – eines Photons "gebeamt".
Das zu teleportierende Photon verliert diese Eigenschaft, so dass
nach der Teleportation nach wie vor nur ein Photon mit der entsprechen-den
Eigenschaft vorhanden ist – nämlich das auf der anderen
Seite der Donau.
Zeilinger und Kollegen haben das automa-tisierte
Experiment in verschiedenen Versio-nen jeweils 28 Stunden laufen
lassen. Dabei wurden 25 erfolgreiche Teleportationen pro Sekunde
durchgeführt, in einem Durchlauf insgesamt also über
zwei Millionen Telepor-tationen. Trotz der vorhandenen Umweltein-flüsse
waren keine andauernden Neujustie-rungen des Versuchsaufbaus notwendig.
Die Forscher glauben, dass sie damit den Grundstein
für ein weltweites Quanten-kommunikationsnetzwerk gelegt
haben, das man beispielsweise zur Übertragung ver-schlüsselter
Nachrichten nutzen kann.
Im April dieses Jahres gelang Zeilingers Gruppe mit ähnlicher
Technik bereits die erste quantenkryptografisch verschlüsselte
Banküberweisung zwischen einer Wiener Bankfiliale und dem
Wiener Rathaus.
Von Axel Tillemans
Quelle: wissenschaft.de
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