Glasfaser-Rekord Forscher teleportieren Signale 100 Kilometer weit

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.
Partikelwolke (Animation): Ein Quantenkommunikationsnetzwerk wäre abhörsicher

Partikelwolke (Animation): Ein Quantenkommunikationsnetzwerk wäre abhörsicher

Foto: picture alliance / Science Photo

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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