Eine teils spukhafte Fernbeziehung: Wie Quantenteleportation funktioniert – und welche Rolle das Glasfasernetz dabei spielt.
Wer sich mit Quantenphysik beschäftigt, muss vor allem eins tun: am besten alles, was aus dem Alltag vertraut ist, vergessen. Ein Gegenstand oder ein Ding kann immer nur an einem Ort sein? Wenn ich irgendwas von A nach B transportieren möchte, dann bewege ich diesen Gegenstand doch über eine Strecke von A nach B, und das braucht dann eben eine gewisse Zeit.
Das ist in der Welt der kleinsten Teilchen anders, sie scheren sich nicht um unsere lang erprobten Erfahrungen. Sie stellen eigene Regeln auf. Ein Teilchen, das eine Information trägt, kann ein anderes, entferntes Teilchen 1:1 damit und mit all seinen Eigenschaften ausstatten, ohne dass das über irgendeinen Transportweg läuft.
Dazu müssen diese zwei Teilchen, etwa Lichtteilchen / Photonen, verschränkt sein. Das heißt: Sie verhalten sich wie eine gemeinsame Einheit oder ein Team, selbst wenn Tausende Kilometer zwischen ihnen liegen. Kein Transport. Keine Reisezeit. Eine spukhafte Fernbeziehung also.
So entsteht die Teleportation, zum Beispiel mit dem Buchstaben „A“
Es braucht drei Photonen.
- Eine spezielle Lichtquelle erzeugt ein verschränktes Photonenpaar:
- Photon 1 bleibt am Startort.
- Photon 2 wird über eine Glasfaserleitung viele Kilometer weit geschickt.
- Ein schwacher Laser im Labor erzeugt Photon 3, das den zu übertragenden Zustand - beispielsweise den Buchstaben A - trägt.
- Anschließend wird Photon 3 (der Zustandsträger mit dem „A“) mit Photon 1 (dem lokalen verschränkten Photon) zusammengeführt und gemeinsam gemessen. Diese besondere Messung verknüpft ihre Eigenschaften miteinander.
Dabei passiert Folgendes:
- Der ursprüngliche Zustand von Photon 1 verschwindet am Startort.
- Durch die Verschränkung erscheint dieser Zustand, also der Buchstabe A, auf Photon 2, das sich weit entfernt befindet.
So wird Photon 2 zu einem perfekten Zwilling des ursprünglichen Photons 1 – obwohl sich die beiden nie begegnet sind. Die Information „A“ wird übertragen, ohne den Informationsträger an sich zu übertragen.
Der Weg zum zukünftigen Quanteninternet
Quantenteleportation ermöglicht es, Quanteninformationen über große Distanzen extrem sicher zu übertragen, ohne die Teilchen selbst zu bewegen. Das bildet die Grundlage dafür, Quantencomputer weltweit zu vernetzen. Wenn künftig mehrere Quantencomputer Zustände teleportieren können, entsteht ein verteiltes, ultraschnelles Quanten-Rechenzentrum, das weit mehr leisten kann als ein einzelner Quantencomputer.
Schon heute über ganz normale Glasfaser
Das Überraschende: Die herkömmlichen Glasfasern, die heute unser Internet transportieren, können bereits Quantenlicht übertragen – die Telekom hat das im Feldversuch bewiesen. Man braucht also keine völlig neue Infrastruktur. Das ist ein riesiger Vorteil für den späteren Aufbau eines Quanteninternets.
