Quantenteleportation: Information kann von Licht auf Materie gebeamt werden

Quantenphysiker können Teilchen so miteinander koppeln, dass sie Informationen ohne Zeitverlust und absolut abhörsicher übertragen können. Bisher gelang diese so genannte Verschränkung entweder nur für Lichtteilchen (Photonen) oder nur für Atome.

Kopenhagen (Dänemark) - Dänische Physiker verknüpften nun erstmals diese beiden Welten. In der Zeitschrift "Nature" berichten sie über die erfolgreiche Quantenteleportation - oft vereinfacht "Beamen" genannt - von Quantenzuständen von einem Photon auf ein Caesium-Ion.

"Licht und Materie repräsentieren quasi "fliegende" und "stationäre" Medien", schreiben Eugene Polzik und seine Kollegen vom Niels Bohr Institut der Universität Kopenhagen. Damit zeichnen sich die Atome als feste Bestandteile eines solchen Quanteninformationsnetzes für die Datenspeicherung aus, Photonen dagegen sind für die rasche Übertragung der Information prädestiniert.

Für das Experiment prägten die Forscher auf das kohärente Licht eines Lasers eine Information in Form eines bestimmten Quantenzustandes auf. Diesen Zustand konnten sie nun so elegant mit dem Quantenzustand eines Caesium-Ions in einer heißen Wolke aus etwa tausend Milliarden Atomen koppeln. Das Ergebnis: Beide Teilchen - Photon und Ion - sind miteinander verschränkt.

Wird nun der Zustand des Lichtteilchens bestimmt, liegt ohne Zeitverlust auch die Information über den Ionenzustand vor. In dem dänischen Experiment betrug der Abstand der beiden Teilchen zwar nur einen halben Meter, doch schon früher wurde eine solche Teleportation zwischen Lichtteilchen verwirklicht, die mehrere hundert Kilometer voneinander getrennt sind.

Die Verschränkung, also die quantenphysikalische Kopplung von Licht und Materie, kann als wichtiger Schritt hin zur Verwirklichung von Quantencomputern und Quantennetzwerken angesehen werden. Auf dieser Basis könnte die technische Umsetzung eines extrem leistungsfähigen Rechners erfolgen. Denn nur um die dreißig so genannte Quantenbits reichen aus, um in Sekundenschnelle Probleme zu lösen, an denen heute selbst die größten Supercomputer wochenlang knobeln müssten.