Teleportation im Wiener Kanal

Teleportation von Quantenzuständen außerhalb des geschützten Labors Beitrag in "Nature"

In der kommenden Ausgabe der namhaften Wissenschaftszeitschrift "Nature" erscheint ein österreichischer Beitrag mit dem Titel "Quantum Teleportation across the Danube" (Rupert Ursin, Thomas Jennewein, Markus Aspelmeyer, Rainer Kaltenbaek, Michael Lindenthal, Philip Walther und Anton Zeilinger, Nature 430, 849 [2004]), in dem weltweit erstmals die erfolgreiche Übertragung (Teleportation) von Informationen (Quantenzuständen) über größere Distanzen und unter den rauen Bedingungen außerhalb des geschützten Labors, dargestellt wird. Auch konnte die Teleportationsrate verdoppelt werden.

Unter der Donau - zwischen Donauinsel und Prater - verläuft die Hauptader des Wiener Abwassersystems, der Donau-Düker. In diesem unterirdischen Tunnel wurden Photonen (Lichtteilchen) über eine Distanz von 600 m Luftlinie teleportiert. Alice, so der Name des Senders der Teleportation, befindet sich in einem eigens errichteten Labor auf der Donauinsel, im Pumpwerk der MA30 (Abwasserkanal der Stadt Wien) auf der Höhe der Lobau im 22. Wiener Gemeindebezirk. Bob, der Empfänger, wartet in einem kleinen Labor im Prater im 2. Wiener Gemeindebezirk. Die Labors der beiden sind mit Glasfasern der Wien Kanal Abwassertechnologien Ges.m.b.H. (WKA) verbunden, die als Datenleitung (Quantenkanal) für die Teleportation dienen.

Das Experiment eröffnet Möglichkeiten in der Grundlagenforschung: So wird es zum Beispiel möglich, zukünftige Quantencomputer mittels Teleportation zu verbinden. Auch in der Quantenkryptographie ist ein Einsatz dieser Technologie geplant.

"Quantenteleportation" von Quanten-Zuständen: Was heißt das?

Teleportation ist eine direkte Übertragung des Zustandes eines Lichtteilchens (oder Atoms) unter Überwindung von Zeit und Raum, ohne dass die Information den Weg von A (Alice) nach B (Bob) zurücklegt. Dies ist ein Phänomen, das 1997 erstmals von der Gruppe Zeilinger, damals noch in Innsbruck, experimentell demonstriert wurde.

Der Quantenteleportation zugrunde liegt die Verschränkung, welche von Einstein "spukhafte Fernwirkung" genannt wurde. Verschränkt man zwei Teilchen, sind deren gemeinsame Eigenschaften festgelegt. Die Einzelteilchen bleiben "eigenschaftslos". In dem Augenblick, in dem ein Photon gemessen wird, werden dessen Eigenschaften festgelegt und das andere, mit dem gemessenen Photon verschränkte Photon, erhält genau dieselben Eigenschaften. Wir wissen also, welche Eigenschaften das "andere" Photon in diesem Augenblick annimmt.

Bei der Teleportation teilen sich Alice (Sender) und Bob (Empfänger) ein Hilfspaar aus zwei Photonen. Will Alice den Zustand eines unabhängigen Lichtteilchens an Bob senden (teleportieren), muss sie nur dieses Teilchen mit einem der beiden Photonen des Hilfspaares verschränken. Durch die Verschränkung werden nun die Eigenschaften des zu teleportierenden Teilchens auf das Photon bei Bob übertragen. Die Teleportation war erfolgreich.

In diesem von Rupert Ursin und Kollegen ausgeführten Experiment konnte weltweit zum ersten Mal die Effizienz der Teleportation erhöht werden: Sie wurde auf 50% gesteigert, jedes zweite Photon konnte erfolgreich übertragen werden.

Dabei erwies sich die verwendete Technologie und vor allem das Glasfaserkabel als robust genug für die rauen Bedingungen außerhalb des Labors, wobei vor allem Temperaturschwankungen und Vibrationen den Physikern zu schaffen machten. Dieses Experiment liefert wichtige Erkenntnisse und Voraussetzungen für die Realisierung von Quanten-Computern und weltweiten Verschlüsselungstechnologien (Quantenkryptographienetzwerken).

Wir danken unseren Förderern, die die Durchführung dieses Experiments ermöglicht haben:
Wien Kanal Abwassertechnologien ges.m.b.H.
Stadt Wien
Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung
Europäische Kommission

Kontakt:
Andrea Aglibut
Institut für Experimentalphysik, Universität Wien
Institut für Quantenoptik und Quanteninformation, Österreichische Akademie der Wissenschaften
email: andrea.aglibut@univie.ac.at
T +43 1 4277-51166
www.oeaw.ac.at/quanten

Kontakt Nature:
Ruth Francis
Nature London
email: r.francis@nature.com
T +44 20 7843 4562
www.nature.com/nature

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