Teleportierte Atome

Zwei Arbeitsgruppen von Wissenschaftlern aus Österreich und den USA haben unabhängig voneinander erstmals die Teleportation des Quantenzustands eines Atoms zu einem zweiten Atom demonstriert.

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Zwei Arbeitsgruppen von Wissenschaftlern aus Österreich und den USA haben unabhängig voneinander erstmals die Teleportation des Quantenzustands eines Atoms zu einem zweiten Atom demonstriert. Die Fachzeitschrift Nature hat dem Ereignis die Titelseite ihrer aktuellen Ausgabe gewidmet. Die Teleportation von Quantenzuständen könnte beispielsweise für den Download von Software auf Quantencomputer verwendet werden.

Der Schlüssel zur Teleportation eines Quantenzustands liegt in einer eigenartigen quantenmechanischen Verbindung, die zwischen zwei oder mehreren Teilchen hergestellt werden kann, der so genannten Verschränkung. Dabei ist der Zustand aller Teilchen wohlbekannt, aber der Zustand jedes einzelnen Teilchens völlig unbekannt. Der Begriff wurde von dem österreichischen Physiker Erwin Schrödinger bereits in den dreißiger Jahren des letzten Jahrhunderts eingeführt und führte zu kontroversen Diskussionen mit Albert Einstein.

1993 machte eine internationale Gruppe von Wissenschaftlern um Charles Bennett von IBM einen Vorschlag, wie die Verschränkung für die Teleportation des Quantenzustands eines Teilchens zu einem anderen eingesetzt werden könnte. 1997 konnte eine Gruppe um Anton Zeilinger erstmals die Teleportation von Lichtquanten experimentell vorführen.

Rainer Blatt von der Universität Innsbruck und seine Kollegen vom Akademie-Institut für Quantenoptik und Quanteninformation sowie vom Los Alamos Laboratory verwendeten für ihr Experiment nun einzelne, ionisierte Kalziumatome, die auf extrem niedrige Temperaturen abgekühlt wurden. Mit Lasern konnten die Wissenschaftler den internen Zustand der Ionen sehr genau kontrollieren und zunächst die Zustände von zwei Ionen miteinander verschränken. Dann wurde eines dieser beiden Atome mit einem Ion verschränkt, dessen Zustand teleportiert werden sollte. Durch eine Messung dieses Paares und eine Reihe von Laserpulsen, abhängig vom Ergebnis dieser Messung, konnte der Zustand des zu teleportierenden Ions auf das verbleibende Atom über eine Entfernung von zehn Mikrometern übertragen werden.

David J. Wineland und seine Kollegen von National Institute of Standards and Technology in Colorado manipulierten Beryllium-Ionen, die sie in einer Falle aus elektromagnetischen Feldern festhielten. Auch in diesem Experiment wuden die einzelnen Zustände mit eingestrahlten Lasern hergestellt. Die "fidelity" -- eine Maßzahl für die Güte der Übertragung -- lag bei 0,75 beziehungsweise 0,78. (wst)