Science Fiction wird Realität: Forschung ermöglicht Quantenteleportation unter Verwendung heutiger Internettechnologie
Forschenden, die zum Teil durch die Projekte QuantERA II(öffnet in neuem Fenster) und Qurope(öffnet in neuem Fenster) unterstützt wurden, ist es dank des Phänomens der Quantenverschränkung gelungen, Informationen von einem lichtemittierenden Gerät zu einem anderen zu teleportieren. Hierzu wandelten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler Licht in Wellenlängen um, die mit normalen Internetkabeln funktionieren, sodass die Vermutung nahe liegt, dass die Teleportation auch auf die heute verwendete Glasfaserinfrastruktur anwendbar sein könnte.
Ein echter Quantenprozess
Die Verwendung der Quantenverschränkung bedeutet, dass die Informationen zwischen den beiden Geräten durch Teleportation des Quantenzustands von Licht und nicht durch Übertragung eines gewöhnlichen Signals mittels Glasfaser übertragen wurden. Laut der Beschreibung ihrer Studie(öffnet in neuem Fenster), die in der Fachzeitschrift „Nature Communications'' veröffentlicht wurde, erzielten die Forschenden bei ihren Versuchen eine Erfolgsquote von 72,1 %. Die Tatsache, dass dieses Ergebnis den klassischen Schwellenwert von 66,7 % für die Übertragung von Quanteninformationen deutlich übersteigt, beweist, dass es sich um einen echten Quantentransport anstelle einer klassischen Übertragung handelt. Die Messung der Wiedergabetreue zeigt, wie genau der teleportierte Quantenzustand mit dem ursprünglichen Zustand übereinstimmt. Für ihren Versuch wandelte das Wissenschaftsteam das Licht in die für die Telekommunikation übliche Wellenlänge von 1 515 Nanometern um, die perfekt für die derzeit für Internetverbindungen verwendeten Glasfaserkabel geeignet ist. Bei dieser Wellenlänge bleibt der Quantenzustand der Lichtteilchen – der sogenannten Photonen – unverändert, so dass das Licht über große Entfernungen kaum an Stärke verliert. Unter Verwendung von Frequenzwandlern wurden die Photonen von ihrer natürlichen Farbe in eine mit der Glasfasertechnologie kompatible Wellenlänge umgewandelt.
Nicht eine, sondern zwei lichtemittierende Geräte
Laut einem auf „StudyFinds“ veröffentlichten Artikel(öffnet in neuem Fenster), zeichnete sich dieser Versuch im Gegensatz zu früheren Studien, bei denen nur ein einziges lichtemittierendes Gerät verwendet wurde, dadurch aus, dass zwei unabhängige Lichtquellen zum Einsatz kamen. Die Forschenden verwendeten zwei winzige Halbleiter-Nanokristalle, sogenannte Quantenpunkte, um die einzelnen Photonen zu erzeugen. Jeder Quantenpunkt arbeitete unabhängig in seiner eigenen ultrakalten Kammer. Der erste Quantenpunkt sendete ein einzelnes Photon aus, das die zu teleportierende Information trug. Der zweite Quantenpunkt sendete verschränkte Photonenpaare aus, die die für die Teleportation erforderliche Quantenverbindung herstellten. „Um sicherzustellen, dass diese beiden unabhängigen Geräte zusammenarbeiten könnten, musste ein kniffliges Problem gelöst werden: Jedes Gerät erzeugte von Natur aus Licht mit einer etwas anderen Wellenlänge“, heißt es in dem „StudyFinds“-Artikel. Dieses Problem wurde durch die Frequenzwandler behoben, die die Photonen so angleichten, dass die Quantenteleportation ermöglicht wurde. Vor der Verwendung dieser Technologie auf breiter Basis gilt es zunächst eine Reihe von Hindernissen zu überwinden, darunter etwa die extrem kalten Temperaturen (267 °C), die für den Versuch erforderlich sind, und das komplexe und kostspielige System für die Umwandlung der Wellenlänge. Dennoch stellen die mit Unterstützung durch die Projekte QuantERA II (QuantERA II ERA-NET Cofund in Quantum Technologies) und Qurope (Quantum Repeaters using On-demand Photonic Entanglement) erzielten Forschungsergebnisse eine wichtige Entwicklung für Quantenlichtquellen auf Halbleiterbasis dar. Weitere Informationen: QuantERA II-Projektwebsite(öffnet in neuem Fenster) Qurope-Projektwebsite(öffnet in neuem Fenster)
