Quanten-Teleportation

Als Quantenteleportation wird das von Anton Zeilinger 1997 erstmals mit Photonen durchgeführte Experiment bezeichnet, welches Quantenzustände mithilfe einer sofortigen (bzw. instantanen) Zustandsänderung miteinander verschränkter Quantensysteme überträgt.

Zur vollständigen Teleportation, also der Übertragung eines Quantenzustandes muss zusätzlich auch Information zwischen Sender und Empfänger auf einem klassischen Weg (also mit maximal Lichtgeschwindigkeit) ausgetauscht werden.

Skizze der Quantenteleportation (Rupert Ursin)

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 Bellzustände voneinander unterscheiden kann, wurden über einen klassischen Informationskanal 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.

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 dagegen deshalb, weil sie es erlaubt, Quantenzustände zu übertragen, ohne sie dabei durch einen Messvorgang gleichzeitig zu verändern  (vergleiche dazu: Quantenmechanische Messung). Für Quantencomputer eröffnen sich so technisch vielversprechende 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.

Siehe auch

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

Literatur

• Rupert Ursin u. a.: Quantum Teleportation across the Danube. in: Nature. London 430.2004, 849. ISSN 0028-0836
• Mark Riebe u. a.: Deterministic quantum teleportation with atoms. in: Nature. London 429.2004, 734. ISSN 0028-0836
• M. D. Barret u. a.: Deterministic quantum teleportation of atomic qubits. in: Nature. London 429.2004, 737. ISSN 0028-0836

Weblinks

• Quantenteleportation
• Quantenkommunikation-im-All

• Nicht mal Gott weiss, wie es ausgeht – Interview mit Anton Zeilinger in der Weltwoche. Ausgabe 48/05
• Physik-Nobelpreisträger Theodor W. Hänsch spricht über Aspekte der Quantenteleportation Umfangreiches Interview zur Quantenmechanik, vom 22. Juli 2008
• Teleportation Physics Study, US Air Force Research Laboratory 2003