Mit elektronischer Schaltung teleportiert

Physikern der ETH Z¨¹rich ist es erstmals gelungen, eine Information in einem sogenannten Festk?rpersystem zu teleportieren. Dies gelang den Forschern auf einem Chip. Er unterscheidet sich von einem herk?mmlichen Computerchip dadurch, dass die Informationen darauf nicht nach den Gesetzen der klassischen Physik, sondern nach jenen der Quantenphysik gespeichert und verarbeitet werden. In einer in der j¨¹ngsten Ausgabe der Fachzeitschrift ?Nature? publizierten Studie gelang es den Forschenden, Information ¨¹ber sechs Millimeter zu teleportieren, von einer Ecke des Chips in die gegen¨¹berliegende Ecke. Dies nota bene ohne dass bei der Informations¨¹bertragung physikalische Teilchen den Weg von der Sender-Ecke in die Empf?nger-Ecke zur¨¹ckgelegt h?tten.

?Bei der gew?hnlichen Telekommunikation wird die Information ¨¹ber elektro-magnetische Impulse ¨¹bertragen. Beispielsweise transportiert man im Mobilfunk gepulste Radiowellen und in Glasfaserverbindungen gepulste Lichtwellen?, erkl?rt Andreas Wallraff, Professor am Laboratorium f¨¹r Festk?rperphysik und Leiter der Studie. Bei der Quantenteleportation hingegen transportiere man nicht den Informationstr?ger selbst, sondern ausschliesslich die Information. Dies, indem man quantenmechanische Eigenschaften des Systems nutze, ins-besondere die Verschr?nkung von Sende- und Empf?ngereinheit. Damit ist eine f¨¹r Nicht-Physiker ?magisch? anmutende Verbindung gemeint, die die Gesetze der Quantenphysik nutzt.

?Wie beim Beamen?

Zur Vorbereitung der Quantenteleportation bringt man Sende- und Empf?ngereinheit in einen verschr?nkten Zustand. Anschliessend k?nnen die beiden Einheiten physikalisch voneinander getrennt werden, denn der verschr?nkte Zustand bleibt erhalten. Beim Experiment programmieren die Physiker in der Sendeeinheit eine quantenmechanische Information. Weil die beiden Einheiten miteinander verschr?nkt sind, kann man diese Information auch in der Empf?ngereinheit ablesen. ?Quantenteleportation ist vergleichbar mit dem Beamen in der Science-Fiction-Serie Star Trek?, sagt Wallraff. ?Die Information reist nicht von Punkt A zu Punkt B. Vielmehr erscheint sie an Punkt B und verschwindet an Punkt A, wenn man sie an Punkt B abliest.?

Hohe ?bertragungsrate

Die Distanz von sechs Millimetern, ¨¹ber die die ETH-Forscher teleportierten, mag im Vergleich mit anderen Teleportationsexperimenten kurz erscheinen. Vor einem Jahr ist es beispielsweise ?sterreichischen Wissenschaftlern gelungen, eine Information ¨¹ber mehr als hundert Kilometer zwischen den beiden Kanarischen Inseln La Palma und Teneriffa zu teleportieren. Dieser und ?hnliche Versuche waren jedoch grundlegend anders, da es sich dabei um optische Systeme mit sichtbarem Licht handelte. Den ETH-Forschenden ist es hingegen zum ersten Mal gelungen, Informationen in einem System mit supraleitenden elektronischen Schaltungen zu teleportieren. ?Das ist interessant, weil solche Schaltungen wichtige Elemente f¨¹r den Bau von zuk¨¹nftigen Quantencomputern sind?, sagt Wallraff. Ein weiterer Vorteil des Systems der ETH-Wissenschaftler: Es ist extrem schnell und deutlich schneller als die meisten bisherigen Teleportationssysteme. Pro Sekunde lassen sich damit etwa 10'000 Quantenbits ¨¹bertragen.

?Wichtige Zukunftstechnologie?

Als n?chstes m?chten die Forschenden mit ihrem System den Abstand zwischen Sender und Empf?nger vergr?ssern. Zun?chst m?chten sie versuchen, Information von einem Chip auf einen anderen zu teleportieren. Und langfristig geht es darum zu erforschen, ob man mit elektronischen Schaltungen auch ¨¹ber gr?ssere Distanzen Quantenkommunikation betreiben kann, so wie das jetzt mit optischen Systemen gemacht wird.

?Teleportation ist eine wichtige Zukunftstechnologie auf dem Gebiet der Quanteninformationsverarbeitung?, sagt Wallraff. Damit lasse sich beispielsweise Information auf einem Quantenchip oder in einem zuk¨¹nftigen Quantenprozessor von einem Punkt zu einem anderen transportieren. Gegen¨¹ber den heutigen Informations- und Kommunikationstechnologien, die auf der klassischen Physik beruhen, hat quantenphysikalische Information den Vorteil, dass die Informationsdichte viel h?her ist: In Quantenbits l?sst sich mehr Information speichern und effizienter verarbeiten als in der gleichen Anzahl klassischer Bits.