Rekorddistanz: Quanteninformation über 143 Kilometer übertragen

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    Experimentalphysiker Anton Zeilinger

Gruppe um Experimentalphysiker Anton Zeilinger zeigt "Machbarkeit für Quanteninternet"

Ein Wissenschafterteam rund um den Wiener Experimentalphysiker Anton Zeilinger hat Quanteninformation über eine Rekorddistanz von 143 Kilometern übertragen. Den Forschern der Universität Wien und des Instituts für Quantenoptik und Quanteninformation (IQOQI) der Akademie der Wissenschaften gelang es in einem Teleportationsexperiment, Quantenzustände zwischen den kanarischen Inseln La Palma und Teneriffa auszutauschen. "Wir konnten damit die technologische Machbarkeit für ein globales Quanten-Internet zeigen", sagte der stellvertretende IQOQI-Direktor Rupert Ursin. Die Arbeit der Wissenschafter wurde nun in der Fachzeitschrift "Nature" veröffentlicht.

"Spukhafte Fernwirkung"

Schon vor fünf Jahren haben die Wiener Physiker erstmals gezeigt, dass das quantenphysikalische Phänomen der Verschränkung - von Einstein "spukhafte Fernwirkung" genannt - selbst über eine Strecke von mehr als 140 Kilometer nachweisbar bleibt. Sie schickten dazu verschränkte Photonen von einem astronomischen Observatorium auf La Palma zu einer Empfangsstation auf der Nachbarinsel Teneriffa. Zwei verschränkte Teilchen, im konkreten Fall zwei Photonen, bleiben über beliebige Distanzen wie von Zauberhand miteinander verbunden. Könnte man zwei Spielwürfel verschränken, wüsste man bis zur Messung nicht, welche Augenzahl sie zeigen. Nach der Messung würde aber mit Sicherheit bei beiden die gleiche - zufällige - Seite nach oben zeigen.

"Wir haben mit dem damaligen Experiment gezeigt, dass wir grundsätzlich fähig sind, Verschränkung über diese große Distanz zu verteilen, nun ist es uns tatsächlich gelungen diese zu nutzen und Quanten-Information zu übertragen", so Ursin. In der Praxis ist das allerdings gar nicht so einfach, denn die Quantenzustände sind äußerst empfindlich gegenüber Umwelteinflüssen. Und diese sind groß, wenn die Photonen, die "Träger" der Quantenzustände, den Weg durch die turbulente Atmosphäre nehmen müssen. Die gelungene Übertragung sei "technologisch ein gewaltiger Schritt", so der Wissenschafter. So haben die Physiker für das Experiment vor fünf Jahren das gesamte notwendige Equipment noch in einigen Koffern mitgenommen, "dieses Mal haben wir eine Tonne Material auf die Kanarischen Inseln geschickt".

"Active Feed-Forward"

Die Wiener Physiker konnten mit ihrem Experiment den bisherigen, von chinesischen Forschern vor wenigen Monaten aufgestellten Rekord von 97 Kilometern übertreffen. Zudem schafften sie mit Hilfe einer Methode (genannt "Active Feed-Forward"), die erstmals bei solchen Langstreckenexperimenten eingesetzt wurde, im Prinzip eine höhere Datenrate zu übertragen. Indem parallel zur Quanteninformation konventionelle Daten mitgeschickt wurden, die es dem Empfänger ermöglicht, die transferierte Information korrekt zu interpretieren, konnte die Übertragungsrate verdoppelt werden.

"Unser Experiment zeigt, wie reif Quantentechnologien heutzutage sind und wie nützlich sie für praktische Anwendungen sein können", so Anton Zeilinger in einer Aussendung der Uni. Laut Ursin bedeutet die Arbeit einen "fundamentalen Schritt für ein Quanteninternet". Als nächsten notwendigen Schritt für Quantenkommunikation auf einer globalen Skala wollen die Forscher Satelliten-basierte Quantenteleportation realisieren. Dazu müssen Quanteninformationen zwischen Erde und Satellit bzw. zwischen Satelliten geschickt werden.

Quantenkommunikation im Weltraum

2010 hat Zeilinger dafür ein Kooperationsabkommen mit der Chinesischen Akademie der Wissenschaften über Quantenkommunikation im Weltraum unterzeichnet. Ziel ist es, bis 2016 einen ersten Satelliten mit einer Quelle für verschränkte Photonen zu starten. Laut Ursin treiben die Chinesen das Projekt voran, in Österreich sei die nationale Finanzierung dafür allerdings noch nicht ganz gesichert. (APA, 6.9.2012)

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