Zeilinger-Schüler verschränkt fünf Photonen

7. Dezember 2004, 12:31
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Jian-Wei Pan stellt neuen Weltrekord auf

London/Wien - Bereits seit einigen Jahren teleportieren Physiker - darunter Wiener und Innsbrucker Forscher - Lichtteilchen und neuerdings sogar ganze Atome durch ihre Labors. Einem ehemaligen Schüler des Wiener Experimentalphysikers Anton Zeilinger, Jian-Wei Pan (derzeit: Universität Heidelberg), gelang in China nun ein Weltrekord: Er konnte mit seinem chinesisch-österreichischem Team erstmals fünf Photonen verschränken und sie für Teleportationsexperimente einsetzen. Das Experiment wurde in der Donnerstag-Ausgabe der britischen Wissenschaftszeitschrift "Nature" veröffentlicht.

Teleportation oder Beamen hat in der realen Welt der Physik-Labors wenig mit dem zu tun, was in Science-Fiction-Serien unter den Begriffen abläuft. Es werden dabei nämlich nicht Gegenstände oder gar Menschen von einem Ort zum anderen durch seltsam säuselnde Strahlen transportiert. Vielmehr geht es um die Übermittlung von Information, genau gesagt über Quanteninformation.

Quanteneffekte

Und in der Welt der kleinsten Teilchen, der Quanten, läuft nicht immer alles so ab, wie wir es vom täglichen Leben gewohnt sind. So gilt es etwa als unmöglich, den genauen Zustand eines Lichtteilchens (Photons) zu messen, ohne ihn zu beeinflussen. Bestimmt man etwa die Polarisation (Schwingungsebene) eines Photons, hat man diese auch schon verändert.

Doch seit einigen Jahren ist klar, dass sich dieses Dilemma durch die Zuhilfenahme anderer Quanteneffekte zwar nicht ausschalten, aber doch umgehen lässt. Die Physiker setzen dabei auf die so genannte Verschränkung. Es handelt sich dabei um eine höchst seltsam anmutende Verbindung, die zwei Teilchen eingehen können und dann wie über einen unsichtbaren Faden mit einander verbunden sind. Manipuliert man eines der verschränkten Teilchen - etwa im Zuge einer Messung - so manifestiert sich die Änderung schlagartig auch beim anderen, ohne dass man dieses auch noch messen müsste.

Fortschritte in Sachen Teleportation

Über diesen quantenmechanischen Trick gelang es Zeilinger 1997 erstmals, die Polarisation eines Photons über ein Hilfsteilchen auf ein drittes zu übertragen. Erst vor wenigen Wochen meldeten Wissenschafter des Instituts für Experimentalphysik der Universität Innsbruck um Rainer Blatt die Teleportation von ganzen Atomen. Dabei ging es allerdings nicht um Polarisation, sondern um Anregungszustände der Elektronen in der Atomhülle.

Pan setzte für seine Experimente wieder Photonen und Schwingungsebenen ein. Fünf Lichtteilchen gelang es zu verbinden, wobei ursprünglich jeweils zwei Pärchen erzeugt und diese dann weiter verschränkt wurden. Der gemessene Zustand der Polarisation des fünften Teilchens wurde dann auf eines anderen des Systems übertragen. Entscheidend dabei ist, dass der Zielort der Teleportation nicht fixiert ist. Vielmehr können die potenziellen Empfänger durch ihr Verhalten - konkret Messungen - bestimmen, wer das Photon mit der ursprünglichen Information erhält.

Reaktion

"Die experimentellen Erfolge sind auch aus theoretischer Sicht sehr interessant", erklärte dazu Hans Briegel, Professor am Institut für Theoretische Physik der Uni Innsbruck und am neugegründeten Akademie-Institut für Quantenoptik und Quanteninformation. Briegel und seine Mitarbeiter gaben den theoretischen Anstoß zu dem Experiment und sehen darin neue Perspektiven für die Quanteninformationsverarbeitung. Durch die fünf Photonen und den nicht vorher festgelegten Zielort biete der Versuchsaufbau mehr Flexibilität und mache die Sache etwa für Quantencomputer oder die Quantenkommunikation zwischen mehreren Parteien interessant.(APA)

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