Egal, welche Variante man wählt: Damit nach dem Beamen nicht plötzlich zwei Kirks vorhanden sind – das Original auf der Enterprise und die Kopie auf dem Planeten –, muss das Original bei dem Vorgang vernichtet werden. Da kommt es also gerade recht, dass in der Quantenphysik ohnehin das sogenannte „No-Cloning-Theorem“ gilt. Es besagt, dass man einen Quantenzustand nicht kopieren kann, ohne das Original zu zerstören. Der springende Punkt ist dabei nun, dass auf mikroskopischer Ebene letztlich alles aus Quanteninformationen besteht – einschließlich Ihnen und mir. Und Kirk. Nach dem Theorem kann es also ohnehin immer nur einen einzigen echten Kirk geben.
Doch nun berichtet eine Gruppe von Physikern um Koji Yamaguchi auf dem Preprint-Server arXiv, dass sie einen Weg um das No-Cloning-Theorem herum gefunden hat. Entgegen unserer bisherigen Annahmen können Quanteninformation demnach doch perfekt kopiert werden. Haben sich Physiker also ein halbes Jahrhundert lang geirrt? Und wird dies Quantencomputer endlich praxistauglich machen? Schauen wir uns das mal an.
Die Theorie des Theorems
Das No-Cloning-Theorem ist wahrscheinlich eines der grundlegendsten Theoreme der Quantenphysik. Es wurde erstmals Anfang der 1980er-Jahre bewiesen. In der Geschichte der Quantenphysik ist es also gewissermaßen ein Nachzügler. Und wie bereits erwähnt, besagt es, dass es unmöglich ist, eine identische, unabhängige Kopie eines unbekannten Quantenzustands zu erzeugen.
Warum das so ist, lässt sich eigentlich recht einfach zeigen – zumindest „einfach“ im Vergleich zu vielen anderen Formelschlachten in der Physik. Man muss dazu nur wissen, dass in der Quantenphysik alles durch Wellenfunktionen beschrieben wird. Sie geben an, wie hoch die Wahrscheinlichkeit ist, dass sich ein Teilchen an einem bestimmten Ort im Raum befindet. Für unser Beispiel nehmen wir zwei solcher Wellenfunktionen und nennen sie schlicht A und B.
Nehmen wir nun an, Sie wollen wissen, wie groß die Wahrscheinlichkeit ist, dass sich ein Teilchen mit der Wellenfunktion A tatsächlich verhält, als hätte es die Wellenfunktion B. Zugegeben, das klingt etwas rätselhaft. Was bedeutet es, dass sich eine Wellenfunktion wie eine andere Wellenfunktion verhält? Stellen Sie sich dazu Folgendes vor: Sie suchen auf dem Parkplatz des Autoverleihers nach Ihrem Mietauto, Sie haben aber keinen blassen Schimmer, wo es steht. Die Wellenfunktion A für die Aufenthaltswahrscheinlichkeit des Autos ist demnach über den gesamten Parkplatz ausgedehnt. Und nun möchten Sie wissen, wie groß die Wahrscheinlichkeit ist, dass das Auto zufällig auf dem Parkplatz direkt neben Ihnen steht – was durch die Wellenfunktion B beschrieben wird. Physiker können die Lösung berechnen, indem sie das Quadrat des Produkts dieser Wellenfunktionen bilden. Keine Sorge, was genau das heißt und wie das geht, ist an dieser Stelle egal.
