Weltrekord mit fünf Photonen

7. Dezember 2004, 12:31
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Experimentalphysiker Jian-Wei Pan gelang Teleportation des Quantenzustands

Heidelberg - Dem Experimentalphysiker Jian-Wei Pan ist mit seinem Team an der Universität Heidelberg die Teleportation des Quantenzustands von fünf Photonen gelungen. Das ist ein Weltrekord und ein Meilenstein in der Entwicklung des Quantencomputers der Zukunft, weil es durch die Verschränkung von Quantenbits möglich ist, parallele statt serielle Berechnungen durchzuführen.

Bei der Teleportation eines Quantenzustands ist die Verschränkung, die quantenmechanische Verbindung zwischen zwei oder mehreren Teilchen, entscheidend. Das Verhalten der Quanten entspricht nicht immer dem gängigen Grundverständnis. Beispielsweise kann der genaue Zustand eines Photons nicht gemessen werden, ohne es zu beeinflussen. Auch bei der Bestimmung der Polarisation (Schwingungsebene) des Photons verändert man dieses.

Fünf Teilchen verknüpft

Wissenschaftler sind bis heute nicht in der Lage, diese Beeinflussung auszuschalten, allerdings sind sie mittlerweile in der Lage, das Problem mittels anderer Quanteneffekte zu umgehen. Bei der so genannten Verschränkung, mit der sich schon Albert Einstein auseinandersetzte, werden die Zustände von zwei oder mehr Teilchen in Abhängigkeit von den anderen beschrieben, auch wenn die Teilchen räumlich getrennt sind. Wird während einer Messung eines der verschränkten Teilchen beeinflusst, äußert sich diese Änderung sofort auch beim anderen Teilchen. Jian-Wei Pan hat es nun geschafft, insgesamt fünf Teilchen zu verknüpfen.

Zunächst bildete er zwei Pärchen, die anschließend weiter verknüpft wurden. Der dann gemessene Zustand der Polarisation des fünften Teilchens wurde dem eines anderen des Systems weitergegeben. Bemerkenswert dabei ist, dass der exakte Zielort der Teleportation nicht im vorhinein festgelegt wurde. Die in Frage kommenden Adressaten konnten durch ihr Verhalten selbst beeinflussen, wer das Photon mit der ursprünglichen Information bekam, was einen großen Fortschritt bedeutet.

Flexibler Versuchsaufbau

Wegen der fünf Photonen und dem nicht vorher bestimmten Zielort ist der Versuchsaufbau von Pan viel flexibler und bietet Chancen für die Erforschung der Quantenkommunikation zwischen mehreren Parteien. Die ebenso neue wie revolutionäre Technologie der Quanteninformationsverarbeitung steht nicht nur in Heidelberg, sondern weltweit im Mittelpunkt intensiver Forschungen.

Die Verschränkung von einzelnen elementaren Trägern von Information - Quantenbits - ist die Basis für einen zukünftigen Quantencomputer, der dazu fähig ist, mehrere Berechnungen nicht wie ein klassischer Siliziumchip seriell, sondern parallel durchzuführen. Voraussetzung ist die Verschränkung sehr vieler Photonen. Der Weltrekord in Heidelberg kann somit als Meilenstein gesehen werden, auch wenn es noch lange bis zur tatsächlichen Anwendung dauern wird. (pte)

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