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Unsere Welt zu verstehen:  Superatom Teleportation



 Beitrag 0-61
 
 

 
Das Bose-Einstein-Kondensat — ein » Superatom «

 
 
Unter einem Bose-Einstein-Kondensat (BEC) versteht man einen Materiezustand, in dem sich Atome auf ihrem niedrigsten Energiezustand befinden (und alle von gleicher Art sind). Genauer:
 
Die bislang kälteste  o h n e  menschliches Zutun zustande gekommene natürliche Temperatur beträgt -270 Grad Celsius und ist nur im Weltraum anzutreffen (3 Grad über dem absoluten Nullpunkt). Es ist dies die vom Urknall überiggebliebene Restwärme, von der das gesamte Universum immer noch erfüllt ist.
 
Die Temperatur eine BEC aber liegt bei nur 10-15 Grad Celsius und kann nur im Labor erzeugt werden:
 
Wenn nun aber eine Menge von bestimmten Atomen gleichen Typs derart tief abgekühlt wird, gelangen fast alle dieser Atome in den niedrigsten ihnem möglichen Energiezustand. Das hat zur Folge, dass sie dann im Gleichtakt schwingen (man sagt: sie wurden  k o h ä r e n t ). Aus diesem Grund gehorchen sie dann ein und derselben Wellenfunktion, und verhalten sich deswegen als Gesamtheit wie ein einziges großes Atom — eine Art » Superatom «.
 
Obleich die Möglichkeit ihrer Existenz schon 1924 durch den indischen Physiker Bose verhergesagt — und seine Meinung von Einstein geteilt — wurde, gelang erst 1995 erstmals die Herstellung eines solchen Kondensats. In 2001 ging dafür der Nobelpreis für Physik an Cornell, Wiemann und Ketterle.
 
 
Die naheliegendste Anwendung von Bose-Einstein-Kondensaten ist die Herstellung von Lasern, die statt kohärenten Photonen-Strahlen Strahlen aus BEC-Atomen erzeugen, die alle kohärent sind (Materielaser).
 
Zur möglicherweise bedeutendsten (und auch sicher auch spektalurästen) Anwendung von Bose-Einstein-Kondensaten könnte sich Bradleys Idee » klassischer Teleportation « entwickeln, mit der sich vielleicht eines Tages eine Art Materie-Telefon entwickeln ließe: Ein Telefon, welches Materie so transportiert, wie unsere Mobilfunktelefone heute Schall transportieren):
 

 
 
 
Hin zu klassischer Teleportation

 
 
Australische Wissenschaftler unter der Führung von Ashton Bradley forschen an folgender Idee:
 
Sie beginnen mit einer Menge superkalter Rubidium-Atome in einem BEC-Zustand und richten auf ihn einen Materiestrahl, der ebenfalls aus Rubidium-Atomen besteht. Beim Zusammentreffen mit dem Kondensat werden die Atome des Strahls gedrängt, sich ebenfalls in ihren niedrigsten Energiezustand zu begeben. Die Energie, die sie so verlieren, erzeugt einen Lichtimpuls, der anschließend durch ein Glasfaserkabel — wohin auch immer — transportiert werden kann.
 
Ganz erstaunlicher Weise enthält dieser Lichtstrahl alle für die Beschreibung des ursprünglichen Materiestrahls notwendige Quanteninformation (!), genauer: er enthält eine Beschreibung der Positionen und Geschwindigkeiten sämtlicher das Licht abgebenden Atome.
 
Am Ende seines Weges durch den Lichtwellenleiter trifft der Lichtstrahl auf ein anderes BEC, das ihn sodann in den ursprünglichen Materiestrahl umwandelt.
 
Michio Kaku — seines Zeichens Theoretischer Physiker an der City University of New York — schreibt:


Michio Kaku, 2008:
 
Dieses neue Teleportationsverfahren hat enormes Potential, da es keinerlei Quantenverschränkung erfordert. Die Technik allerdings hat ihre Tücken, denn ihr Funktionieren hängt entscheidend von den Eigenschaften der Kondensate ab, die herzustellen im Labor recht schwierig ist. [...]
 
Da sich jedes Kondensat wie ein einziges gigantisches Atom verhält, lassen sich — im Prinzip wenigstens — an ihm mit bloßem Auge Quanteneffekte beobachten, die wir normalerweise nur auf atomarer Ebene antreffen.
 




Michio Kaku, 2008:
 
Wann werden wir wohl angesichts dieses Fortschritts in der Lage sein, uns selbst [ gemeint ist: recht passable Kopien von uns selbst ] an entfernten Orten zu erzeugen?
  • Physiker rechnen mit der Teleportation komplexer Moleküle in den nächsten Jahren.
  • Schon innerhalb der nächsten Jahrzehnte könnte es gelingen, ein DNS-Molekül oder gar einen Virus zu teleportieren.
  • Im Prinzip scheint auch die Teleportation einer ganzen Person aus Fleisch und Blut möglich — aber die technischen Probleme sind schwindelerregend:
     
    Allein um Kohärenz zwischen Photonen und Atomen zu erreichen, bedarf es der besten Labors der Welt. Darauf aufbauend Quantenkohärenz für wahrhaft makroskopische Objekte — wie etwa einen Menschen — erzeugen zu können, werden wir noch sehr lange warten müssen.

 
Realistisch betrachtet wird es mehrere  J a h r h u n d e r t e  oder noch länger dauern, bis alltägliche Gegenstände teleportiert werden können — wenn es denn überhaupt möglich ist.
 


Uns oder andere Quantensysteme  e x a k t  zu kopieren wird mit Sicherheit  n i e m a l s  möglich sein (siehe dazu das No-Teleportation Theorem, welches Folge des No-Cloning Theorems ist).
 
 
Quellen:

 


aus  Notizen  zu:

Teleportation — zwei denkbare Realisierungsvarianten


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