Die Übertragung von Quantenzuständen ohne jeden Zeitverlust ist auch über größere Entfernungen möglich. Dies ist das Ergebnis einer theoretischen Studie von Physikern der Universität Innsbruck, die sich mit den physikalischen Grundlagen des populär als “Beamen” bezeichneten Effekt der Quantenmechanik beschäftigen. Die Übertragung von Quantenzuständen wie beispielsweise dem Drehsinn (Spin) von Atomen oder Photonen verspricht für die Zukunft Möglichkeiten für extrem schnelle Quantencomputer oder für absolut sichere Verschlüsselungsprotokolle.
Die wesentliche Grundlage für eine erfolgreiche Teleportation ist die so genannte “Verschränkung” quantenphysikalischer Zustände. Bei zwei räumlich getrennten Atomen, die miteinander verschränkt sind, ist der Spin des zweiten Atoms eindeutig und ohne Zeitverlust durch den Spin des ersten Atoms bestimmt. Diese gespenstisch anmutende, experimentell aber bereits eindrucksvoll nachgewiesene Eigenschaft, wollen die Innsbrucker Theoretiker ohne Qualitätsverlust über eine große Entfernung aufrecht erhalten. Dazu schlagen sie ein System aus “Quanten-Verstärkern” vor, das sie in der aktuellen Ausgabe der Zeitschrift
Nature (Vol. 414 Nr. 6862) beschreiben.
Damit soll der exponentielle Abfall der Verschränkung entlang einer Übertragungsstrecke ? das ist vergleichbar mit dem Schwächerwerden eines Funksignals über eine gewisse Distanz ? verringert werden. In regelmäßigen Abständen soll der Grad der Verschränkung überprüft und verbessert werden. Störendes Rauschen wird immer wieder neu in Beziehung zum “Verschränkungs-Signal” gesetzt und soweit abgedämpft, dass das Signal unverfälscht auf die nächste Etappe geschickt werden kann. Damit soll prinzipiell eine Überbrückung von weiten Distanzen möglich werden. Theoretisch verschlechtert sich die Verschränkung der Zustände mit diesem System nicht mehr exponentiell mit der Entfernung, sondern nur noch polynomial, was deutlich geringeren Werten bei größeren Distanzen entspricht.
“Alle Elemente für dieses System sind in Reichweite der heutigen experimentellen Technologie”, meinen Ignacio Cirac und seine Kollegen in Nature. Nach einigen erfolgreichen Experimenten mit verschränkten Zuständen und zur Teleportation in letzter Zeit halten sie eine Umsetzung ihrer Ideen in kurzer Zeit für möglich.
Jan Oliver Löfken
