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Quantencomputation: Verschränkungstausch über Rekorddistanz

Wiener Forscher schicken verschränkte Zustände zum Inselhopping: Sie teleportierten verschränkte Zustände von La Palma übers Meer nach Teneriffa.
Teleportation mit dem LaserstrahlLaden...

In einem künftigen "Quanteninternet" müssten Lichtteilchen zum Beispiel von einem Satelliten zur Bodenstation übertragen werden können, ohne dass die quantenphysikalisch kodierte Information zerstört wird. In einem vergleichsweise realitätsnahen Experiment ist einer Gruppe von Physikern um Anton Zeilinger nun eine solche Form der Übertragung gelungen: Sie schafften es, über eine Distanz von mehr als 143 Kilometern einen so genannten Verschränkungsaustausch vorzunehmen.

Bei diesem Phänomen sind vier Photonen im Spiel, von denen jeweils zwei miteinander verschränkt sind: Das erste Paar umfasst die Photonen A und B, das zweite Paar die Photonen 1 und 2. Die Wissenschaftler nutzten nun astronomische Observatorien auf den Kanarischen Inseln, um das Photon mit der Nummer 2 von La Palma nach Teneriffa zu senden. Dann führten sie eine gemeinsame Messung der Photonen B und 1 durch, die zur Folge hat, dass nun einerseits B und 1 miteinander verschränkt sind und andererseits auch die Photonen A und 2 – die zu keiner Zeit direkt miteinander interagiert hatten und sich zuletzt ja sogar auf unterschiedlichen Inseln befanden. Der Zustand der Verschränkung war somit über die Distanz von annähernd 150 Kilometern "teleportiert" worden.

Zeilinger und Kollegen sehen ihr Experiment als weiteren Schritt zur Entwicklung eines so genannten Quantenrepeaters, dessen Aufgabe darin besteht, Quanteninformationen über sehr weite Wegstrecken zu übertragen. So wie in der klassischen Kommunikation zwischengeschaltete Repeaterstationen das Signal immer wieder auffrischen, müssen in der Quantenkommunikation entsprechende Quantenrepeater eingesetzt werden. Sie funktionieren unter anderem durch Rückgriff auf das Phänomen des Verschränkungsaustauschs, auch "entanglement swapping" genannt. Der Test auf den Kanaren stelle härtere Anforderungen an die Technik und Übertragungsgüte als die für die Zukunft geplante Übermittlung zwischen Satellit und Bodenstation, schreiben die Wissenschaftler.

44/2015

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 44/2015

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