Chinesische Wissenschaftler sagen, sie hätten ein Photonenteilchen vom Boden zu einem 1.400 km entfernten Satelliten „teleportiert“.

Für viele ist Teleportation jedoch etwas viel Exotischeres. Wird eine Welt, die bisher der Science-Fiction vorbehalten war, nun zur Realität?

Nun ja, irgendwie schon. Aber wir werden uns wohl nicht so bald ins Büro oder an einen Strand auf den Bahamas beamen. Sorry.

Wie funktioniert das?

Einfach gesagt, ist Teleportation die Übertragung des Zustands einer Sache, anstatt die Sache selbst zu senden.

Einige Physiker geben das Beispiel eines Faxgerätes – es sendet Informationen über die Markierungen auf einem Stück Papier und nicht das Papier selbst. Das empfangende Faxgerät erhält die Information und wendet sie auf das Rohmaterial in Form von Papier an, das bereits vorhanden ist.

Was es nicht ist, ist Teleportation im Sinne von Star Trek – Materie augenblicklich von einem Ort zu einem anderen zu transferieren – so wie es viele instinktiv sehen.

Es beruht stattdessen auf einem Phänomen, das als Quantenverschränkung bekannt ist.

Was ist Quantenverschränkung?

In der Tat. Das Phänomen entsteht, wenn zwei Teilchen zur gleichen Zeit und am gleichen Ort entstehen und somit faktisch die gleiche Existenz haben.

Diese Verschränkung bleibt auch dann bestehen, wenn die Photonen anschließend getrennt werden. Das heißt, wenn sich eines der Photonen verändert, verändert sich auch das andere Photon am anderen Ort.

Prof. Sandu Popescu von der Universität Bristol arbeitet seit den 1990er Jahren an der Quantenverschränkung.

„Schon damals dachten die Leute an Star Trek. Aber wir reden darüber, den Zustand eines einzelnen Teilchens zu senden, nicht die Milliarden von Milliarden von Teilchen, die einen Menschen bilden“, sagt er.

„Wenn man an einen entfernten Planeten denkt, müsste man zuerst Milliarden von verschränkten Teilchenpaaren austauschen und dann auch noch andere Informationen senden. Das ist höchst nicht-trivial. Man sollte sich darüber nicht aufregen.“

Wie teleportiere ich ein Teilchen?

Gehen wir zurück zu unseren beiden verschränkten Teilchen. Wenn ein drittes Teilchen mit dem ersten verschränkten Teilchen interagiert, wird die Veränderung, die im verschränkten Teilchen auftritt, in seinem Zwilling gespiegelt.

Der Zwilling enthält also Informationen über das dritte Teilchen und nimmt quasi dessen Existenz an.

Hört sich toll an, wo ist das Problem?

Eine Langstreckenverbindung zwischen zwei verschränkten Teilchen war bisher nicht möglich, weil ein verschränktes Photon nur etwa 150 km durch einen Glasfaserkanal reisen kann, bevor es absorbiert wird.

Forscher sehen schon lange das Potenzial einer Satellitenverbindung, da sich Photonen leichter durch den Weltraum bewegen können, aber es war bisher schwierig, sie durch die Erdatmosphäre zu übertragen – unterschiedliche atmosphärische Bedingungen können die Teilchen ablenken.

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Was hat das chinesische Team erreicht?

Sie erzeugten in ihrem Labor in Tibet 4.000 Paare von quantenverschränkten Photonen pro Sekunde und feuerten eines der Photonen von jedem Paar in einem Lichtstrahl auf einen Satelliten namens Micius, benannt nach einem alten chinesischen Philosophen.

Micius hat einen empfindlichen Photonenempfänger, der die Quantenzustände von einzelnen, vom Boden abgefeuerten Photonen erkennen kann. Ihr Bericht – online veröffentlicht – sagt, dass es die erste derartige Verbindung für „treue und ultra-lange Distanz-Quanten-Teleportation“ ist.

„Es ist ein sehr schönes Experiment – ich hätte nicht erwartet, dass alles so schnell und so reibungslos funktioniert“, sagt Professor Anton Zeilinger von der Universität Wien, der den chinesischen Leitwissenschaftler Pan Jianwei unterrichtet hat.

Wenn man Menschen nicht teleportieren kann, warum ist es dann so spannend?

Das Hauptziel der Quantenteleportation ist derzeit die Schaffung von unhackbaren Kommunikationsnetzwerken.

„Die Naturgesetze bieten Schutz“, sagt Prof. Popescu. „Wenn jemand die Informationen abfangen würde, könnte man sie entdecken, denn immer wenn man versucht, ein Quantensystem zu beobachten, stört man es.“

Die chinesische Stadt Jinan hat bereits mit Versuchen eines sicheren Netzwerks auf Basis von Quantentechnologie begonnen und ein Netzwerk, das Peking und Shanghai verbindet, ist in der Entwicklung, mit sogenannten „vertrauenswürdigen Knoten“ alle 100km, wo das Quantensignal gemessen und wieder gesendet wird, sagt Prof. Zeilinger.

„Es ist das erste Quanteninternet. Die Datenraten sind niedrig, so dass es für das aktuelle Internet nicht nützlich ist. Aber es ist nützlich für die Auffrischung des Quantenschlüssels, der verwendet wird, um verschlüsselte Informationen zu senden“, sagt Prof. Zeilinger.

Das Quantennetzwerk könnte für sensible Finanz- oder Wahlinformationen verwendet werden, sagt Professor Ian Walmsley von der Universität Oxford.

„Es gibt noch erhebliche Barrieren zu überwinden. Aber so beginnt der transformative Wandel“, sagt er.