Indische Physiker entwickeln Verfahren zum "Beamen"

Bei der Teleportation ? so lautet der physikalische Fachbegriff für das Beamen ? wird keine Materie transportiert, wie es in den Star-Trek-Serien suggeriert wird. Statt dessen werden die Quantenzustände von physikalischen Teilchen auf ? theoretisch beliebig weit entfernte ? identische Teilchen übertragen. Es wird also eine exakte Kopie des ersten Teilchens an einem anderen Ort hergestellt. Gleichzeitig gehen die vorhandenen Quantenzustände beim ersten Teilchen verloren. Nach der Teleportation gibt es somit nach wie vor nur ein Teilchen mit den ursprünglichen Eigenschaften.

Voraussetzung für die Teleportation ist die Verschränkung der quantenmechanischen Wellenfunktionen von Teilchen. Sind zwei Teilchen miteinander verschränkt, dann sind die „Schicksale“ der beiden Teilchen miteinander verknüpft ? und zwar unabhängig davon, wie weit die beiden Teilchen voneinander entfernt sind. Ändert sich ein Quantenzustand eines der beiden Teilchen, dann ändert sich simultan ? nicht durch eine Übertragung mit Lichtgeschwindigkeit begrenzt ? auch der entsprechende Zustand seines „Zwillingsbruders“. Albert Einstein nannte die Verschränkung deshalb „spukhafte Fernwirkung“ und hielt die Quantenmechanik in diesem Punkt für falsch.

Dass Einstein damit Unrecht hatte, ist spätestens seit 1997 klar. In diesem Jahr gelang zwei Forschergruppen mit Hilfe der Verschränkung erstmals die Teleportation von Photonen. Sougato Bose von der Universität Oxford und Dipankar Home vom Bose-Institut in Calcutta haben jetzt ein Verfahren erdacht, dass die Verschränkung von Atomen und sogar Molekülen ermöglichen sollte.

Die zentrale Rolle in ihrem Verfahren spielt ein Strahlteiler. Das ist eine Vorrichtung, die Teilchenstrahlen in Überlagerungszustände aufsplittet. Dabei wird die quantenmechanische Wellenfunktion des Teilchens in zwei Teile gespalten, die unterschiedliche Wege einschlagen. Diese Wellenfunktion enthält die Information darüber, mit welcher Wahrscheinlichkeit das Teilchen an einem bestimmten Ort aufzufinden ist. Welchen der beiden Wege das Teilchen tatsächlich einschlägt, ist nur festzustellen, wenn man eine Messung vornimmt.

Bose und Home haben nun mathematisch bewiesen, dass zwei Teilchen, die sie gleichzeitig durch den Strahlteiler schicken, automatisch dann miteinander verschränkt sind, wenn man sie bei einer Messung auf zwei unterschiedlichen Wegen erwischt. Bei den Teleportationsexperimenten mit Photonen war ein ähnliches Verfahren angewandt worden. Die Photonen mussten dabei aber bereits miteinander verschränkt sein, bevor sie in den Strahlteiler eintraten.

„Der Vorteil unseres Verfahrens ist, dass die beiden Teilchen aus vollkommen unterschiedlichen Quellen stammen können“, erklärt Bose. Das Verfahren der beiden Inder könnte neben der Teleportation auch der Quantenkryptografie ? der Verschlüsselung von Information mittels verschränkter Teilchen ? und der Weiterentwicklung von Quantencomputern neue Impulse liefern.