Kommunikationstechnik der Zukunft

Chinesischen Forschern gelingt erste Quanten-Teleportation

| Autor / Redakteur: Franz Graser / Rainer Graefen

Auch österreichische Forscherinnen und Forscher sind an dem Forschungsprojekt beteiligt, bei dem Quanteninformationen mit Hilfe des chinesischen Satelliten „Micius“ abhörsicher übertragen werden sollen. Mit der Quanten-Teleportation ist der erste Schritt in dieser Richtung gelungen.
Auch österreichische Forscherinnen und Forscher sind an dem Forschungsprojekt beteiligt, bei dem Quanteninformationen mit Hilfe des chinesischen Satelliten „Micius“ abhörsicher übertragen werden sollen. Mit der Quanten-Teleportation ist der erste Schritt in dieser Richtung gelungen. (Bild: Österreichische Akademie der Wissenschaften)

Einem chinesischen Forscherteam ist es nach Medienberichten gelungen, Lichtteilchen (Photonen) von der Erde zu einem Satelliten in der Umlaufbahn zu teleportieren. Dabei wurde das Phänomen der Quantenverschränkung ausgenutzt.

Die Quantenverschränkung tritt dann auf, wenn zwei Teilchen, etwa Photonen, am selben Punkt im Raum und zur selben Zeit entstehen und praktisch ihre Existenz miteinander teilen. Sie werden dabei durch dieselbe Wellenfunktion beschrieben.

Diese Quantenverschränkung bleibt aber erhalten, wenn die besagten Teilchen räumlich voneinander getrennt werden, sogar über große Entfernungen. Legt man beispielsweise mit Messungen an einem Photon die Schwingungsrichtung dieses Lichtteilchens fest, nimmt dessen Parallelteilchen augenblicklich den gleichen Schwingungszustand an. Auf diese Weise lassen sich im Prinzip Quanteninformationen von einem Ort des Universums zum anderen übertragen.

Alle mit einem Teilchen verknüpften Informationen können nämlich augenblicklich über die Quantenverschränkung auf das andere Partikel übertragen werden. Das zweite Photon nimmt auf diese Weise die Identität des ersten an. Es wird somit zum ersten Photon: Die Teleportation war erfolgreich.

Theoretisch, so ein Bericht der MIT Technology Review, gibt es hier kein Entfernungslimit. In der Praxis gibt es jedoch Hindernisse, die die Quantenverschränkung stören, so etwa die Wechselwirkung mit Teilchen in der Atmosphäre oder in Glasfaserleitungen. Das hat dazu geführt, dass bisherige Versuche maximal eine Entfernung von 144 Kilometern überbrücken konnten, so etwa in Experimenten der Universität Wien unter der Leitung von Professor Anton Zeilinger.

Die chinesischen Forscher nutzten für die Quantenkommunikation den Satelliten Micius, der im vergangenen Jahr gestartet worden war. Micius ist ein hochempfindlicher Photonen-Empfänger, der in der Lage ist, die Quantenzustände einzelner Photonen zu registrieren, die sich auf der Erde befinden.

Der Flugkörper umkreist die Erde in einer Entfernung von 500 Kilometern. Als Bodenstation für den Teleportationsversuch wurde der Ort Ngari in Tibet ausgewählt, der sich in einer Höhe von 4000 Metern über dem Meeresspiegel befindet. Die vergleichsweise dünne Luft dort sollte Interferenzen mit Atmosphärenteilchen minimieren.

Für das Experiment wurden am Boden 4000 Photonenpaare pro Sekunde erzeugt. Jeweils eines der beiden Photonen wurde an den Satelliten gesendet, das Pendant blieb auf der Erde. Schließlich wurden die Photonen auf der Erde und im Orbit vermessen, um die Quantenverschränkung nachzuweisen.

Über den Zeitraum eines Monats wurden Millionen Photonen an den Satelliten geschickt. In 911 Fällen wurde eine Quantenverschränkung und damit eine Teleportation festgestellt.

Dieses Resultat öffnet die Türen für ehrgeizigere Ziele: „Dieses Projekt ist ein erster Schritt zu einem Quanten-Internet im globalen Maßstab“, zitiert die MIT Technology Review das Forscherteam. Darüber hinaus ist nun der Westen unter Zugzwang, wenn man dieses Forschungsfeld nicht alleine dem Reich der Mitte überlassen will.

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