Datenübertragung in der Quantenphysik 16.08.2013, 11:46 Uhr

Beamen ist jetzt mehr als Science Fiction

Bei der Teleportation werden Informationen ohne Strom, Licht oder Funkwellen übertragen. Forscher in Mainz, Tokio und Zürich haben jetzt gezeigt, dass es tatsächlich funktioniert – ein weiterer Schritt zum Quantencomputer.

Optischer Aufbau des Teleportationsexperiments an der Universität Tokio: Laserquellen und nichtlineare optische Prozesse liefern das Quantenbit und die notwendige Verschränkung. Spiegel und Strahlteiler ermöglichen eine komplette Teleportation.

Optischer Aufbau des Teleportationsexperiments an der Universität Tokio: Laserquellen und nichtlineare optische Prozesse liefern das Quantenbit und die notwendige Verschränkung. Spiegel und Strahlteiler ermöglichen eine komplette Teleportation.

Foto: University of Tokyo

Daten werden übertragen, wenn beispielsweise Licht durch Wellenleiter, Strom durch Kabel oder Funkwellen durch die Luft fließen. Das ist klassische Physik. Die Quantenphysik, deren Ursprung auf Max Planck zurückgeht, der ab 1889 in Berlin Physik lehrte, braucht nichts Materielles, um Informationen von einem Punkt zum anderen zu übertragen. Man könnte es beamen nennen, wie es in der Science-Fiction-Serie „Star Trek“ zu sehen ist.

Albert Einstein sprach von „spukhafter Fernwirkung“

Das Objekt, das es zu übertragen gilt, wird in Quanten zerlegt, die spezielle Zustände annehmen können. Diese werden vom Empfänger gewissermaßen erahnt. Sender und Empfänger sind durch einen geheimnisvollen Informationskanal miteinander verbunden, der völlig materielos ist. Selbst für kluge Köpfe wie Albert Einstein war das nicht leicht nachzuvollziehen. Er nannte das Phänomen „spukhafte Fernwirkung“.

Seit einigen Jahren gelingt es Physikern, diese Fernwirkung zu realisieren. Die Sache hatte nur einen Haken: Es kam beim Empfänger zwar was an, doch es war nicht zwingend das, was der Sender gemeint hatte.

Deterministische Quantenteleportation eines photonischen Quantenbits: Jedes Qubit, das von links in den Teleporter fliegt, verlässt den Teleporter rechts mit einem Qualitätsverlust von nur etwa 20 Prozent – ein ohne Verschränkung unerreichbarer Wert.

Deterministische Quantenteleportation eines photonischen Quantenbits: Jedes Qubit, das von links in den Teleporter fliegt, verlässt den Teleporter rechts mit einem Qualitätsverlust von nur etwa 20 Prozent – ein ohne Verschränkung unerreichbarer Wert.

Foto: University of Tokyo

Jetzt haben Physiker in Mainz, Tokio und Zürich es geschafft, aus der spukhaften eine zuverlässige Fernwirkung zu machen. Die Schweizer hatten Erfolg mit Quantenbits, die sie auf einem supraleitenden Chip auf die Reise schickten, die deutsch-japanische Forschergruppe mit Lichtquanten, die sie vom Sender Alice zum Empfänger Bob schickten. Das Experiment gelang in einem Labor in Tokio. Quantenteleportation nennen das die Wissenschaftler.

Weiterer Schritt auf dem Weg zum Quantencomputer

Um sie zu realisieren, bringen die Physiker Sende- und Empfängereinheit in einen sogenannten verschränkten Zustand. Anschließend können die beiden Einheiten physikalisch voneinander getrennt werden, während der verschränkte Zustand erhalten bleibt. Dann programmieren sie in der Sendeeinheit eine quantenmechanische Information. Auf Grund der geheimnisvollen Verschränkung kann man dann diese Information auch in der Empfängereinheit ablesen.

Damit haben die Wissenschaftler einen weiteren Schritt auf dem Weg zum Quantencomputer zurückgelegt, bei dem Bits gewissermaßen telepathisch mit Lichtgeschwindigkeit übertragen werden. Daher übertreffen diese Geräte die Rechenleistung heutiger Computer um ein Vielfaches. Allerdings wird es noch eine ganze Weile dauern, ehe die materielose Datenübertragung so zuverlässig funktioniert, dass sie nutzbar ist.

Von Wolfgang Kempkens

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