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Physiker beamen verschränkte Photonen

Einem internationalen Physiker-Team ist es erstmals gelungen, den Zustand der so genannten Verschränkung von zwei Lichtteilchen (Photonen) auf zwei andere zu übertragen.

Damit ist sogenanntes Teleportieren gelungen, wie es in der Fachsprache heißt. Bisher wurde der seltsam anmutende Zustand der Verschränkung hauptsächlich als Werkzeug für Teleportationsversuche eingesetzt. Die in der jüngsten Online-Ausgabe der Wissenschaftszeitschrift „Nature Physics“ veröffentlichte Arbeit wurde unter der Leitung von Jian-Wei Pan von der Uni Heidelberg (Deutschland), mit Unterstützung von Hannes-Jörg Schmiedmayer, Technische Universität (TU) Wien und chinesischen Kollegen durchgeführt.

Verschränkung ist ein Phänomen aus der Quantenwelt, das an Magie erinnert. Tatsächlich gibt es im täglichen Leben der Makrowelt nichts Vergleichbares. Zwei – oder auch mehr – verschränkte Teilchen sind stets wie mit einem unsichtbaren Faden verbunden. Dabei können sich die Teilchen theoretisch beliebig weit voneinander entfernen. Manipuliert man eines der beiden Quanten, so hat das augenblicklich auch Auswirkungen auf das Geschwisterteilchen. Verschränkung ist jedenfalls in den Theorien der Quantenphysiker nichts Neues. Die tatsächliche Beobachtung in Experimenten gelingt allerdings erst seit einigen Jahren. Eingesetzt wurde Verschränkung bisher unter anderem für die so genannte Teleportation, mit der Anton Zeilinger (Universität Wien) seit Jahren auch außerhalb der Fachwelt für Furore sorgt. Aber auch völlig zufällige und – laut den Wissenschaftern – unknackbare Verschlüsselungscodes lassen sich damit kreieren. Wie Wissenschafter um Rainer Blatt am Institut für Quantenoptik und Quanteninformation (IQOQI) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW) immer wieder demonstrieren, lassen sich nicht nur Photonen verschränken, sondern auch Atome und Ionen.

Von Teleportation sprechen die Physiker, wenn ein Quantenzustand – bei Photonen etwa die Schwingungsebene oder Polarisation – von einem Teilchen über ein verschränktes Hilfsteilchen auf ein entferntes übertragen wird. Das ursprüngliche Photon und auch das Hilfsphoton gehen dabei verloren, letztendlich hat man aber eine exakte Kopie des ersten Teilchens.

Nun ist es den Team um Pan und Schmiedmayer gelungen, den Zustand der Verschränkung selbst zu übertragen und zwar von einem Photonen-Pärchen auf ein anderes. „Dazu waren eine ausgeklügelte Versuchsanordnung und jeweils zwei Hilfsphotonenpaare nötig“, erklärte Schmiedmayer gegenüber der APA. Eine der Schwierigkeiten bei Versuchen mit einzelnen Quanten ist, dass man die Teilchen während des Experiments nicht beobachten darf. Jede Messung wäre ein dramatischer Eingriff in das System.

Das ist auch der Grund, warum sich die Verschränkung zu einem beliebten Instrument der Wissenschafter entwickelt hat. Dabei kann man an einem Teilchen messen und manipulieren. Das andere – unbehelligte – Geschwisterteilchen nimmt dann einen bestimmten Zustand an, den man kennt, ohne ihn messen zu müssen. Laut Schmiedmayer könnte die nun nachgewiesene Teleportation von Verschränkung sowohl in der Kryptographie als auch beim Quantencomputer Anwendung finden.

Pan führte bereits an der Universität Wien Teleportationsexperimente durch, derzeit ist er als Nachwuchswissenschafter an der Universität Heidelberg. Schmiedmayer übersiedelt zur Zeit von der Uni Heidelberg an das Atominstitut der Österreichischen Universitäten, wo er ein eigenes Institut aufbaut. Der aus Österreich stammende Physiker wurde mit dem mit 1,5 Millionen Euro dotierten Wittgenstein-Preis 2006 ausgezeichnet, der am Donnerstag in Wien verliehen wird.

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