Quantenteleportation

Als Quantenteleportation wird das von Anton Zeilinger 1997 erstmals mit Photonen durchgeführte Experiment bezeichnet, welches Quantenzustände über eine sofortige (bzw. instantane) Zustandsänderung miteinander verschränkter Quanten überträgt.

Verschränkt sind allerdings nicht „Quanten“, sondern nach der Quantentheorie die Zustände der lokalen Systeme (in einem nichtlokalen Gesamtzustand). Insofern wird hier auch nichts portiert. Die instantane Zustandsänderung kann entweder als ein superluminaler Kollaps der Wellenfunktion oder als dessen Verzweigung in unterschiedliche „Welten“ verstanden werden (siehe Everett-Interpretation) – keinesfalls aber als eine Übertragung von Information. Zur vollständigen Übertragung eines Quantenzustandes muss Information zwischen Sender und Empfänger auf einem klassischen Weg (also mit maximal Lichtgeschwindigkeit) ausgetauscht werden.

Im Jahre 2004 gelang es zwei Arbeitsgruppen (Universität Innsbruck und NIST in Boulder, Colorado) erstmals Quantenteleportation mit Atomen, genauer mit Ionen durchzuführen.

Ebenfalls im Jahr 2004 gelang es dem Wiener Forscher Rupert Ursin zusammen mit einigen Kollegen erstmals außerhalb des Labors einen Quantenzustand eines Photons zu teleportieren. Sie überbrückten eine Strecke von 600 m unter der Donau. Dafür wurde ein Lichtwellenleiter in einen Abwasserkanal unter der Donau verlegt, um den Quantenzustand (die Polarisation) des zu teleportierenden Photons von der Donauinsel (Alice von Alice und Bob) auf die südliche Donauseite (Bob von Alice und Bob) auf ein anderes Photon zu übertragen. Bei Alice wurde die Quelle der verschränkten Photonen aufgebaut und eines der verschränkten Photonen des Paares über ein Glasfaserkabel zu Bob übertragen. Das andere Photon des Paares überlagerte Alice mit dem zu teleportierenden Photon und nahm eine Bellzustandsmessung vor - dabei wurde der ursprüngliche zu übertragende Polarisationszustand von Alices Photon zerstört. Die Ergebnisse von Alices Bellzustandsmessung, die zwei der möglichen vier Bellzustande voneinander unterscheiden kann, wurden über einen klassischen Kanal zu Bob übertragen der dann - falls erforderlich - eine entsprechende unitäre Transformation (eine Drehung der Polarisationsrichtung) auf sein verschränktes Photon anwandte um die Übertragung des Quantenzustandes (also die ursprüngliche Polarisationsrichtung von Alices Photon) auf dieses abzuschließen.

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Praktische Bedeutung

Die praktische Bedeutung der Quantenteleportation liegt nicht etwa darin, dass man Informationen oder gar Gegenstände damit überlichtschnell transportieren könnte. Das ist definitiv nicht der Fall. Von praktischer Bedeutung ist die Quantenteleportation deshalb, weil sie es erlaubt, Quantenzustände zu übertragen, ohne sie dabei durch einen Messvorgang gleichzeitig zu verändern. Für Quantencomputer eröffnen sich so technisch vielsprechende Möglichkeiten zur Übertragung, Speicherung und Verarbeitung von Qubits.

Die Quantenteleportation erlaubt es nicht, einen Quantenzustand zu kopieren. Der teleportierte Zustand ist nach der Übertragung auf der Senderseite nicht mehr rekonstruierbar.

Zu den Parlamentswahlen in der Schweiz am 18. Oktober 2007 sollen erstmals die Daten mittels Quantenteleportation übertragen werden.

Siehe auch

• EPR-Effekt
• Fernwirkung (Physik)
• Superpositionsprinzip
• Teleportation

Quellen

• Rupert Ursin et al.: Quantum Teleportation across the Danube, Nature, 430, 849 (2004).
• Mark Riebe et al.: Deterministic quantum teleportation with atoms Nature, 429, 734 (2004) Volltext als pdf
• M. D. Barret et al.,: Deterministic quantum teleportation of atomic qubits Nature, 429, 737 (2004)
• http://www.spiegel.de/netzwelt/tech/0,1518,511087,00.html

Weiterführendes

• Nicht mal Gott weiss, wie es ausgeht – Interview mit Anton Zeilinger in der Weltwoche Ausgabe 48/05