Teleportation mit offenem Ausgang

"Wir stehen momentan vor der Herausforderung, verschiedene Arten von verschränkten Zuständen von einer immer größeren Zahl von Teilchen im Labor experimentell zu erzeugen", sagt Hans Briegel, der als Theoretiker mögliche Szenarien für seine Kollegen im Labor entwickelt. "Mit dem aktuellen Experiment haben meine chinesischen Partner die Möglichkeiten zur Untersuchung und Anwendung von verschränkten Zuständen für die Verarbeitung von Quanteninformation und den Quantencomputer erweitert".
Die Umsetzung der Gesetze der Quantenwelt öffnet möglicherweise den Weg für die zukünftige technologische Nutzung von neuartigen Quanteninformationssystemen.

Teleportation mit (un)bestimmtem Zielort
Der österreichische Physiker Erwin Schrödinger hat bereits in den dreißiger Jahren des letzten Jahrhunderts den Begriff der Verschränkung eingeführt, um ein faszinierendes Phänomen zu beschreiben: Mehrere Teilchen können eine quantenmechanische Verbindung eingehen, in der zwar der Zustand aller Teilchen bekannt ist, der Zustand jedes einzelnen Teilchens aber unbekannt bleibt. Die experimentelle Realisierung einer kontrollierten Verschränkung von fünf Photonen ist nun erstmals gelungen. Mit der steigenden Anzahl von verschränkten Teilchen erhöht sich aber auch das Feld der möglichen Anwendungen. Zum Beispiel konnte die chinesische Gruppe auf Basis ihres Experiments eine Teleportation mit unbestimmtem Zielort durchführen. Bei der normalen Teleportation ist das Ziel vorab festgelegt. In diesem Experiment wird die Eingangsinformation in das vierteilige System eingelesen, der Ort des Auslesens bleibt vorläufig aber offen. Erst später wird entschieden, an welchem Ort die Information wieder entnommen werden soll. Jian-Wei Pan und seinem Team von der Hefei Universität gelang der Nachweis, dass verschiedene Auslesekanäle die gleiche Qualität besitzen und es daher keine Einschränkung hinsichtlich des Zielortes gibt.

Neue Perspektiven
Aus dem gelungenen Versuch ergeben sich für die Wissenschaftler aufregende Perspektiven. So könnten die Erkenntnisse zum Beispiel in alternativen Konzepten für die Realisierung von Quantencomputern, so genannten messungsbasierten Quantencomputern, Anwendung finden. Auch in der Quantenkommunikation könnte etwa die Quantenfehlerkorrektur ein mögliches Anwendungsgebiet sein. Das Fernziel der Wissenschaftler ist Quantenkommunikation zwischen mehreren Partnern, zum Beispiel die Teleportation mit mehreren möglichen Ein- und Ausgängen. Den chinesischen Forschern ist mit Innsbrucker Unterstützung ein erster, kleiner Schritt in diese Richtung gelungen.

Jian-Wei Pan, der seit Jahren mit den österreichischen Quantenphysikern zusammenarbeitet und an der Universität Innsbruck promoviert hat, war schon bei der ersten gelungenen Teleportation eines Teilchens in der Gruppe von Prof. Zeilinger beteiligt. Und erst vor zwei Wochen hat die Arbeitsgruppe um Prof. Rainer Blatt die erste Teleportation eines Atoms verlautbart. Um diese international viel beachteten Erfolge nachhaltig zu unterstützen hat die Österreichische Akademie der Wissenschaften im Vorjahr ein eigenes Institut für Quantenoptik und Quanteninformation gegründet, in dem die Forschungsgruppen der Professoren Hans Briegel, Peter Zoller, Rainer Blatt, Rudolf Grimm und Anton Zeilinger zusammengefasst sind. (bb)