Ab in den Transporterraum, bald wird gebeamt!

Physiker entwickeln theoretisch eine Technik für die Teleportation von Partikeln wie Atomen oder größeren Molekülen

Vielleicht hatte Lawrence M. Krauss doch nicht recht, als er in seinem Buch "The physics of Star Trek" fest hielt, das Beamen sei eine reine Utopie.

Wie der Newscientist berichtete, gibt es jetzt einen neuen Ansatz, der es möglich machen soll, prinzipiell jede Art von Partikel zu verschränken und dann die Quantenzustände zu teleportieren. Nachdem es in jüngster Vergangenheit gelungen war, die Störfaktoren besser zu kontrollieren, die eine erfolgreiche Quanten-Informationsübertragung behindern (Vgl. Scott me up, Beamy: Quantenkommunikation über weite Strecken), könnte nun der nächste entscheidende Schritt in Richtung des Transporterraums der Enterprise gegangen worden sein.

Sougato Bose vom Centre for Quantum Computation der University of Oxford und Dipankar Home vom Bose Institute in Kalkutta, Indien haben einen Mechanismus entworfen, der es möglich machen soll, Atome, Moleküle oder sogar noch größere Objekte zu beamen. Bislang war es den Physikern nur gelungen, Photonen, Elektronen oder in speziellen Fallen gefangene Atome (Vgl. Neuer Materiezustand) zu verschränken. Verschränkte Teilchen können nicht mehr unabhängig voneinander beschrieben werden, sie haben die gleichen Eigenschaften - auch über große Entfernungen. Diese spukhafte Fernwirkung der Quantenmechanik zeigt sich, wenn eines der Teilchen in seinen Eigenschaften verändert wird und sich gleichzeitig das zweite, entfernte Teilchen parallel daran anpasst. Bei der Teleportation wird eine exakte Kopie eines Quantensystems an einem anderen Ort durch Ausnutzung verschränkter Zustände hergestellt, dabei wird das Original selbst eigenschaftslos, d.h. es überträgt alle seine Informationen.

Das englisch-indische Team veröffentlichte seinen Fachaufsatz in der Ausgabe vom 4.Februar des Physical Review Letters. Mit ihrer Methode wollen sie eine einfache Methode etablieren, die es erlaubt soll, alle größeren Objekte mit ihrer Hilfe zu verschränken. Die Verfahrensweisen waren bisher sehr spezifisch und unterschiedlich, das soll sich jetzt ändern. Bose und Home schlagen vor, den Spin, also den quantenmechanischen Eigendrehimpuls der Teilchen, zu verschränken (Vgl. Eistanz in Richtung Spin-Elektronik). Zunächst müssen sie sicher stellen, dass die Partikel bis auf den Spin vollständig identisch sind. Dann werden die Elektronen in einen Beam-Splitter (Strahlenteiler) geschossen. Ein Beam-Splitter ist ein Spiegel, der einen Teil reflektiert, während der Rest unbehindert das Gerät durchqueren kann. Dabei wird jedes Elektron aufgespalten und kommt in den Zustand der Superposition (Vgl. Blicke in die Quantenwelt). In diesem Überlagerungszustand - das berühmteste Beispiel dafür ist Schrödingers Katze - gilt die gleiche Wahrscheinlichkeit der Richtung, die das Elektron einschlägt.

Durch die Messung wird dann fest gelegt, welche Richtung der Partikel eingeschlagen hat. Die beiden Physiker haben nun mathematisch bewiesen, dass wenn ein Elektron auf einem der beiden Wege durch Messung entdeckt wird, es in jedem Fall mit einem weiteren verschränkt ist. Ein ähnlicher Effekt konnte schon in der Vergangenheit nachgewiesen werden, aber in dieser Versuchsanordnung waren die Photonen schon verschränkt, bevor sie den Beam-Splitter erreicht hatten.

erklärte Bose gegenüber dem Newscientist. Solange der Partikelstrahl in einem Beam-Splitter in eine Superposition gebracht werden kann, sollte die neue Technik für jedes mögliche Objekt wie Atome oder Moleküle anwendbar sein.

Anton Zeilinger von der Universität Wien (Vgl. "Es stellt sich letztlich heraus, dass Information ein wesentlicher Grundbaustein der Welt ist") hatte bereits bewiesen, dass Buckminster-Fullerene, das sind fußballförmige Moleküle aus mindestens 60 Kohlenstoffatomen, sich sowohl wie Teilchen als auch wie Wellen verhalten, und das bei ihnen quantenmechanische Überlagerung geschieht (Vgl. Diffraction of the Fullerenes C60 and C70 by a standing light wave). Zeilinger hält jede neue Methode, die eine weitere Möglichkeit zum Verschränken von Teilchen erschließt, für wichtig. Wenn es gelingt, massivere Objekte zu verschränken, könnte das für die weitere Entwicklung der Quantenkryptografie, der Quantencomputer und der Teleportation äußerst nützlich sein. Zeilinger meint ganz in der Tradition von Spock, es sei "faszinierend". Noch ist das Telportieren größerer Objekte außerhalb der momentanen technischen Möglichkeiten, aber die Berechnungen von Bose und Home könnten entscheidend sein. Der neue Ansatz eröffnet die Aussicht, künftig vielleicht nicht mehr nur die Quantenzustände von Photonen, sondern massive Teilchen teleportieren zu können. Zeilinger dazu: "Das ist an sich ein interessantes Ziel."

http://www.heise.de/tp/artikel/11/11825/1.html