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Neues aus der Welt der Wissenschaft |
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Quantenkommunikation: Erstmals im freien Raum |
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| | | Wieder eine Weltpremiere durch den Wiener Quantenphysiker Anton Zeilinger und sein Team: War die Übertragung von verschränkten Teilchen über längere Distanzen bisher nur via Glasfaserkabeln möglich, konnte sie nun erstmals auch im freien Raum - über die Luft - nachgewiesen werden. Was auf der Donauinsel in Wien gelang, könnte den Weg für weltweite Quantenkommunikation via Satelliten eröffnen. |
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Laut einer in "Science" veröffentlichten Studie lag zwischen der Quelle der Photonen (Lichtteilchen) und einer der beiden Empfangsanlagen ein Abstand von 500 Metern. Dazwischen: der Donaustrom.
Die Autoren Anton Zeilinger, Markus Aspelmeyer und ihr Team vom Institut für Experimentalphysik der Universität Wien scheinen damit wieder ein Stück Geschichte der Quantenphysik geschrieben zu haben.
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Die Studie ist unter dem Titel "Long-Distance Free-Space Distribution of Quantum Entanglement" in der Online-Ausgabe von "Science" (Science Express vom 19. Juni 2003, DOI: 10.1126/science.1085593) erschienen. |
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 Science Express |
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"Spukhafte Fernwirkung" verschränkter Teilchen |
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Die so genannte Verschränkung (engl. Entanglement) ist eine grundlegende Eigenschaft der Quantenphysik und essenzieller Baustein für die meisten Anwendungen der Quantenkommunikation, wie z.B. Quantenkryptographie und -teleportation.
Zwei verschränkte Teilchen bleiben, auch wenn sie in verschiedene Richtungen auf die Reise geschickt werden, wie durch Geisterhand mit einander verbunden - ein Grund, warum Albert Einstein solche Phänomene einst als "spukhafte Fernwirkung" bezeichnete. Allgemein gesprochen setzt die Verschränkung der Tendenz Grenzen, Teile eines (physikalischen) Systems unabhängig voneinander zu betrachten.
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Teleportationsversuche, Quantenpurifikation |
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science.ORF.at-Host Zeilinger hat die Verschränkung in den vergangenen Jahren immer wieder eingesetzt, um etwa - erfolgreich - Teleportationsversuche anzustellen. Dabei gelang es den Wiener Physikern, einen Quantenzustand - etwa eine bestimmte Polarisation - über ein Hilfsphoton exakt auf ein drittes Lichtteilchen zu übertragen.
Erst vor wenigen Wochen veröffentlichten die Wissenschaftler in "Nature", wie man den Zustand der Verschränkung über längere Distanzen gleichsam auffrischen kann ("Quantenpurifikation").
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Laser erzeugte Photonenpaare, Teleskopen übertrugen |
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Bisher wurden verschränkte Photonen in Glasfasern übertragen - was die Datenübertragung auf den verkabelten Raum limitiert. In dem Experiment von Zeilinger und seinem Team wurden verschränkte Photonenpaare daher mittels einer Laserdiode erzeugt und mit Hilfe von Teleskopen übertragen.
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Freie Sicht zwischen Quelle, Bob und Alice
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Der Standort Donauinsel bot dabei ideale Bedingungen, wie es in einer Aussendung des Instituts für Experimentalphysik der Uni Wien heißt. Von der Photonenquelle (siehe "Quelle" am Bild) gab es jeweils freie Sichtverbindung zu den beiden Empfängerstationen ("Bob" und "Alice").
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Internationales Teamwork
Die Autorenliste der in "Science" veröffentlichten Studie bestätigt, dass moderne Physik "Teamwork" ist. 13 Physiker aus Tibet, Spanien, Kanada, Deutschland und Österreich arbeiteten dabei zusammen. |
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Erdsatelliten: Die einzige Möglichkeit ... |
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Prinzipiell könne die Übertragung verschränkter Photonen entweder direkt im freien Raum über Teleskope oder in Glasfasern erfolgen. In beiden Fällen läge die maximal überbrückbare Entfernung bei einigen zehn Kilometern, so das Team von Zeilinger.
Da es aus keine Verstärker für verschränkte Photonen geben könne, ist der Einsatz von Erdsatelliten die einzige Möglichkeit, um größere Entfernungen zu überwinden.
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... zur Überwindung großer Entfernungen |
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Bei einer Verbindung über Erdsatelliten müssten die verschränkten Photonen nur wenige Kilometer von dichter Luftschicht überwinden, wo Störungen auftreten können. Danach, im Vakuum des Weltraums, breiten sie sich ungehindert aus.
Das Wiener Experiment zeige zum ersten Mal, dass eine Übertragung verschränkter Photonen über Luftstrecken tatsächlich möglich ist. Damit ist der erste Schritt in Richtung Weltraum getan.
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Einen ausführlichen Hintergrundbericht von Julia Petschinka, einer wissenschaftlichen Mitarbeiterin von Anton Zeilinger, zu dieser Novität der Quantenphysik können Sie am Wochenende in science.ORF.at lesen. |
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Mehr zu Anton Zeilinger in science.ORF.at:
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01.01.2010 |
