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Glasfaser-Rekord: Forscher teleportieren Signale 100 Kilometer weit

Partikelwolke (Animation): Ein Quantenkommunikationsnetzwerk wäre abhörsicher Zur Großansicht
picture alliance / Science Photo

Partikelwolke (Animation): Ein Quantenkommunikationsnetzwerk wäre abhörsicher

Einstein sprach von spukhafter Fernwirkung - zwei Atome können kommunizieren, ohne dass messbare Signale übertragen werden. Mit Glasfaser und dem Effekt der Quantenteleportation haben Forscher Informationen 100 Kilometer weit geschickt.

Physikern ist ein neuer Rekord in der Quantenteleportation gelungen: Ein Team des National Institutes of Standards and Technology (NIST) hat mittels Glasfaser Quanteninformationen 100 Kilometer weit teleportiert. Es handelt sich nicht um die weiteste Teleportation überhaupt, aber um die weiteste mittels Glasfaser.

Der Glasfaser-Streckenrekord zeige die Praxistauglichkeit für die Netzwerkgestaltung, heißt es in einer Mitteilung des Instituts aus Boulder im US-Staat Colorado. Die Teleportation hat nichts mit dem "Beamen" von Menschen oder Gegenständen zu tun, wie es in manchen Science-Fiction-Filmen zu sehen ist.

Stattdessen transportiert sie Informationen und dient etwa zum Aufbau abhörsicherer und ultraschneller Computernetzwerke. Die Forscher um NIST-Gastforscher Hiroki Takesue beschreiben ihre Versuche im Fachblatt "Optica".

Für die Teleportation von Quanteninformationen werden zunächst zwei Lichtteilchen zu einem gemeinsamen quantenphysikalischen Zustand verschränkt. Die beiden Teilchen lassen sich anschließend trennen, ohne den gemeinsamen Zustand zu zerstören.

Abhörsichere Übertragung

Der gemeinsame Zustand bleibt bestehen - egal, wie weit die Teilchen voneinander entfernt sind und ohne dass ein messbares Signal zwischen ihnen ausgetauscht wird. Albert Einstein hatte den Effekt als spukhafte Fernwirkung bezeichnet.

Eines der Photonen wird dann zum Empfänger gesendet, das andere wird im Sender mit der zu teleportierenden Information überlagert. Dadurch ändert sich automatisch auch der Zustand des entfernten Photons. Auf diese Weise wird die Information übertragen.

Da das entfernte Photon nur genau ein Mal ausgelesen werden kann, würde ein Lauscher in der Leitung sofort bemerkt. Ein Quantenkommunikationsnetzwerk wäre folglich abhörsicher.

Die Forscher am NIST schickten ihre verschränkten Photonen nicht an einen Hundert Kilometer entfernten Ort, sondern durch 102 Kilometer aufgerollte Glasfaser. Zwar hatten andere Forscher Quanteninformationen bereits über größere Distanzen teleportiert, aber nicht mittels einer Glasfaserleitung.

Empfindliche Messungen

Das könnte etwa für ein Satellitennetzwerk zur Quantenkommunikation nützlich sein, macht aber die technische Anwendung auf der Erde schwierig, weil nur gerade Strecken möglich sind, die nicht optisch blockiert werden dürfen. Glasfaser hingegen lässt sich wie gewöhnliches Kabel nutzen.

Der bisherige Distanzrekord für Quantenteleportation mittels Glasfaser lag bei 25 Kilometern. Der neue Rekord wurde nach NIST-Angaben erst durch die Entwicklung hochempfindlicher Detektoren möglich, die noch einzelne Lichtteilchen (Photonen) empfangen können.

"Nur etwa ein Prozent der Photonen schafft es ganz durch die 100 Kilometer Glasfaser", erläutert Co-Autor Marty Stevens vom NIST in der Mitteilung seines Instituts. "Wir hätten dieses Experiment niemals ohne diese neuen Detektoren machen können, die dieses unglaublich schwache Signal messen können."

Die Technik lasse die Entwicklung sogenannter Quanten-Repeater möglich erscheinen, mit denen sich die Netzwerk-Reichweite erheblich ausdehnen ließe. Auf diese Weise könnte eine Art Quanten-Internet möglich werden.

Till Mundzeck, dpa/boj

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insgesamt 76 Beiträge
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1. Aber sicher
cptlars 22.09.2015
vorerst nicht in Deutschland. Die ganzen Kupferleitungen sind ja noch nicht mal 100 Jahre alt... quasi so gut wie neu... Da müssen die Kunden erstmal ausgelutscht werden... In 50 - 60 Jahren kann man ja darüber mal nachdenken... Wenn der Rest der Welt PetaBit LAN hat könnte man hier auch mal ein GBit LAN aufbauen. is ja schließlich alles Neuland
2.
Thomas C. 22.09.2015
Ein Sensor, der einzelne Photonen wahrnehmen kann. Das muss man sich erstmal bewusst machen, wow.
3. überlichtschnelle Kommunikation - Konsequenzen
Nölkopp 22.09.2015
Es wäre also möglich durch einen beständigen Strom von verschränkten Teilchen vom Empfänger hin zum Sender überlichtschnell Information zu übermitteln. Bei einem zusätzlichen entgegengesetzten Strom wechselseitig. Lediglich ist die Etablierung der Übertragungsstrecke an die Lichtgeschwindigkeit gebunden. Beide Seiten müssen einen gewissen Vorrat an wechselseitig verschränkten Teilchen haben, um zeitnah überlichtschnell kommunizieren zu können. Die Bandbreite ist eine Funktion der Größe dieses Vorrats und seiner Aussschöpfung und Wiederauffüllung. Das sind ja verlockende Aussichten! Und es ist kein Widerspruch zur speziellen Relativitätstheorie ( SRT ). Lediglich ist klassische Interpretation, daß Information nicht überlichtschnell übermittelt werden könne, falsch. Richtig ist, daß Information nicht überlichtschnell übermittelt werden kann, sofern sie mit einem Energietransport verbunden ist. Genauer: Lediglich kann Energie durch einen Fluß von Energie entlang eines kontinuierlichen Übertragungsweges ( Energietransport ) nicht überlichtschnell transportiert werden. Das folgt unmittelbar daraus, daß die Bewegung von massiven Körpern ( träge Masse ) niemals die Lichtgeschwindigkeit erreichen oder gar übertreffen könne und daß träge Masse ( gebundener ) Energie äquivalent ist. Auch Energie könnte auch überlichtschnell übertragen werden, solange dabei kein kontinuierlicher Übertragungsweg gegeben ist. Darum erst, ist ein Warp-Antrieb überhaupt denkbar. Dummerweise postuliert man in SRT eine generelle Beschränkung der "Geschwindigkeit" der Informationsübermittelung und leitet alles andere daraus ab. Ausgehend von den vielfältigen Bestätigungen der SRT muß nun aber die Betrachtungsweise umgekehrt werden ( s.o. ). Es ist aber bei weitem nicht der einzige Mangel. Die SRT und die ART bedürfen dringenst einer Neuformulierung! Vielleicht weiß hier jemand in Bezug darauf mehr ( Ausführung Links zu Artikeln, Papers ).
4. Tja
Shoxus 22.09.2015
und in Deutschland weigert sich der Staat weiterhin mal ordentlich Geld in die Hand zu nehmen und die Kupferkabel durch Glasfaser auszutauschen. Muss wohl erst wieder ein Verwandter mit ner Fabrik für Glasfaserkabel auftauchen, bevor daran was geändert wird. Bis dahin hängt uns der Rest der Welt schön ab und in 10-20 Jahren gucken wir ganz schön blöd aus der Wäsche, sofern wir dann nicht schon zwischen USA und Russland aufgerieben wurden.
5. Mit Lichtgeschwindigkeit..
Hoss_Cartwright 22.09.2015
oder darüber hinaus? Erhält das Teilchen gleichzeitig die Information oder zeitversetzt? Das wäre dann noch spannender...
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