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„Gott würfelt nicht“: Quantenkoppler für abhörsichere Verschränkungsleitungen soll Einstein-Kontroverse beenden

Eine Bell-Messvorrichtung rechts oben) detektiert von Rubidium-Atomen emittierte Photonen (rote Strahlen) und erzeugt so ein Signal, wenn die beiden Atome miteinander verschränkt sind (durch violette Strahlen angedeutet). Abb.: MPI für Quantenoptik

Eine Bell-Messvorrichtung rechts oben) detektiert von Rubidium-Atomen emittierte Photonen (rote Strahlen) und erzeugt so ein Signal, wenn die beiden Atome miteinander verschränkt sind (durch violette Strahlen angedeutet). Abb.: MPI für Quantenoptik

Garching, 6.7.2012: Max-Planck-Physiker haben einen „Quantenrepeater“ konstruiert, der per Atom-Verschränkung augenblicklich abhörsichere Kommunikationsverbindungen auch über große Entfernungen ermöglichen könnte. Perspektivisch soll diese Anlage auch beantworten, ob Albert Einsteins Skepsis über die „spukhafte Fernwirkung“ irrte, wie die Max-Planck-Gesellschaft mitteilte.

Verschränkung: Zwei Atome agieren aus der Distanz wie eines

Verschränkung bezeichnet einen Zustand in der Quantenphysik, bei der zwei voneinander entfernte Elementarteilchen wie eines agieren. Sie ändern zum Beispiel gleichzeitig – also ohne die Laufzeitverluste durch das Limit der Lichtgeschwindigkeit – solche Eigenschaften wie Spin (eine Art magnetisches Drehmoment) oder Polarisation (Schwingungsebene). Könnte man diese Technik in praxistaugliche Geräte umsetzen, würde dies neue Wege für Hochleistung-Datenverbindungen eröffnen, die zudem abhörsicher wären: Würde sich ein Angreifer an einer Stelle einhacken, würden dies die verschränkten Nachbarn sofort merken. Bisher sind allerdings nur Verschränkungsverbindungen bis über eine Distanz von 140 Kilometern gelungen.

Neues „Relais“ gibt Rückmeldung über geglückte Verschränkung

Spezialisten des Max-Planck-Instituts für Quantenoptik in Garching bei München haben nun eine Art „Relais“ konstruiert, das wie ein Koppler zwischen zwei Verschränkungsstrecken genutzt werden kann. In der Anordnung bekamen zwei Rubidium-Atome vom Quantenkoppler eine Rückmeldung, wenn eine Verschränkung über Photonen in einer Glasfaserleitung gelungen war – selbst wenn dafür Millionen Versuche notwendig waren.

„Entscheiden“ sich Teilchen im Moment der Messung?
Albert Einstein. Abb.: Bundesarchiv, Wikipedia

Albert Einstein. Abb.: Bundesarchiv, Wikipedia

Die Garchinger Physiker hoffen zudem, ihre Experimentalanlage so weiter entwickeln zu können, dass sie eine Annahme Albert Einsteins (Relativitätstheorien) überprüfen könnte. Der zeigte sich nämlich stets skeptisch über eine Grundannahme der meisten Quantenphysiker, laut der der genaue Zustand eines Elementarteilchens solange „im Ungewissen“ – also nur mit gewisser Wahrscheinlichkeit voraussagbar – bleibe, bis ein Beobachter eine Messung vornimmt – erst dann „entscheidet“ sich das Teilchen für einen Zustand. Einsteins legendärer Ausspruch „Gott würfelt nicht“ bezog sich vor allem darauf. Einstein nahm an, dass die Messergebnisse schon vor der Messung in den Teilchen „verborgen“ liegen.

Durch überprüfbare Zustände verschränkter Atome könnte diese jahrzehntelange Kontroverse in absehbarer Zeit beendet werden, glauben nun die Garchinger Physiker. Heiko Weckbrodt

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