Unsere Welt zu verstehen:  Enstehen Techniken

 

 
Im Enstehen begriffene Techniken für Teleportation

— hmsgnr060z

 
 
Wenn Physiker heute von Teleportation sprechen, verstehen sie darunter

• entweder Quantenteleportation (augenblickliche Synchronisation des Zustandes von Quanten)
• oder klassische Teleportation (die mit maximal Lichtgeschwindigkeit Materiezustände übermittelt wie Mobilfunktelefone Schall)

 
Genauer:
 
 
 
Was Quanten-Verschränkung bedeutet

— hmsgnr060z

Michio Kaku (2008):

 
Wenn zwei Quanten (Photonen, Elektronen, oder andere) anfangs im Gleichtakt schwingen — man sagt dann, sie hätten  k o h ä r e n t e n  Zustand —, haben sie zueinander korrelierten Zustandswert, und Abänderung des Zustandes eines dieser Quanten führt automatisch und augenblicklich zur entsprechenden Abänderung des Zustandes aller anderen — selbst dann, wenn die Lichtjahre weit entfernt sind.
 
Ursache hierfür ist, dass im Gleichtakt schwingende Quanten gleiche Wellenfunktion haben.
 
Man nennt dieses Konzept » Quantenverschränkung «.
 

Verschränkte Zustände beziehen sich stets auf individuelle Eigenschaften eines Systems, z.B. seinen Gesamtdrehimpuls.
 
 
Erste  A n w e n d u n g e n  von Quantenverschränkung sind schon gelungen als:

• sehr sichere Kryptographieverfahren, die ( so dachte man lange )  j e d e n  Angriff entdecken,
• aber auch die gezielte, augenblickliche Synchronisation des Zustandes zweier Quanten (sog. Quanten-Teleportation):

 
 
 
Quanten-Teleportation (Stand 2012)
 
 
Man versteht darunter Wege, über Quanten-Verschränkung zu erreichen,
 
dass örtlich beliebig weit entfernte Quanten  g l e i c h z e i t i g  und  a u g e n b l i c k l i c h
 
hinsichtlich einer bestimmter Eigenschaft zueinander korrelierten (oder gar gleichen) Zustand bekommen.
 
 
Vorsicht aber: Das No-Cloning Theorem (sprich: die Heisenbergsche Unbestimmtheitsrelation) zeigt, dass es prinzipiell  n i c h t  möglich ist, ihnen absolut genau definierten Gesamtzustand zu geben.
 
Quantenzustände zu teleportieren beginnen die Physiker mit zwei Quanten A und C gleicher Art.
 

• Um zu erreichen, dass beide gleichen — und konkret bekannten — Zustand haben, wählt man ein drittes Quant B, welches mit C verschränkt ist (was bedeutet, dass die Schwingungen beider durch ein und dieselbe Wellenfunktion beschrieben sind).
   
• Dann bringt man A in Kontakt mit B, so dass A (als sog. Messapparatur) das B zwingt, sich in einen konkreten Zustand zu begeben und den auch zu zeigen.
  Es gibt für ihn zwei mögliche Werte, aber in welchen der beiden B » kollabiert «, bleibt absolutem Zufall überlassen — ein Grundgesetz der Quantenmechanik.
   
• Dieser Prozess bewirkt Verschränkung von A und B.
   
• Da nun aber B und C verschränkt waren, wird C — gleichzeitig mit B — seinen Zustand neu konkretisieren, und da jetzt alle drei Quanten miteinander verschränkt sind, haben nun auch A und C zueinander korrelierten Zustand — und das  o h n e  dass A sich auf C zubewegen musste.

 
 
Wie weit man mit diesem Verfahren bisher gekommen ist, erklärt uns Kaku:
 

Michio Kaku (2008):

 

• Die erste Demonstration erfolgreicher Quanten-Teleportation fand 1997 in Innsbruck statt (durch Anton Zeilinger). Man hatte Photonen ultraviolettel Lichts teleportiert.
   
• Schon ein Jahr später gelang am CalTech im kalifornischen Pasadena ein noch genaueres, ganz analoges Experiment.
   
• 2004 gelang es Zeilingers Team in Wien, über ein unter der Donau durchgeführtes Glasfaserkabel Lichtteilchen über eine Entfernung von immerhin schon 600 Meter zu teleportieren (das Kabel war sogar 800 Meter lang).
   
• Im selben Jahr noch gelang es, statt Photonen auch Atome zu teleportieren. Hierzu verschränkten Physiker am Natialonal Institute of Standards ∧ Technology in Washington erfolgreich drei Berylliumatome. Einer zweiten Gruppe gelang dasselbe mit Kalziumatomen.
   
• 2006 wurde dann ein noch spektakulärer Fortschritt erzielt: Physiker vom Niels-Bohr-Institut in Kopenhagen und vom Max-Planck-Institut in Garching bei München schafften es, einen Lichtstrahl mit einem Gas aus Cäsiumatomen zu verschränken — ein Kunststück, bei dem Billionen von Atomen im Spiel waren. Dann kodierten sie die in Laserimpulsen enthaltene Information und teleportierten sie über eine Entfernung von etwa einem halben Meter auf die Cäsiumatome. Es war damit zum ersten Mal gelungen, in Licht enthaltene Information auf Materie zu teleportieren.
   
  Man darf mit Recht annehmen, dass das auch funktioniert hätte, wenn sich jene Atome an anderen Ende des Universums befunden hätten (!).

 

 
Die Überzeugung der Physiker, dass sich Zustandsänderungen eines Quants ohne jede Zeitverzögerung auf alle zu ihm verschränkten Quanten übertragen, wird gestützt durch ein Experiment, in dem man nachgemessen hat, dass sich der neue Zustand mit wenigstens zehntausendfacher Lichtgeschwindigkeit übertragen haben muss.
 
 
Quellen:

• M. Kaku: Die Physik des Unmöglichen, Rowohlt 2008, Seite 90-95
• Einsteins Spuk ist Tausende Male schneller als das Licht
• Wie man mit Hilfe von Quantenteleportation zu einen deutlich schnelleren Internet kommen könnte, wird skizziert in Quantum teleportation over 143 kilometres using active feed-forward (Bericht über ein in 2012 durchgeführes Experiment).