Gedankenexperimente Die Verschränkung von Teilchen wurde bereits in den 1930er Jahren theoretisch vorhergesagt; Ernst Schrödinger prägte den Begriff. Experimente waren damals noch nicht möglich, lediglich Gedankenexperimente – die scheinbar selbst Einstein absurd vorkamen: So kam es zur Aussage der „spukhaften Fernwirkung“.
Labor Seit den siebziger Jahren sind die Experimente dank der fortgeschrittenen Technik im Labor möglich geworden. Der Quantenphysiker Anton Zeilinger holte sie aus dem Labor heraus, indem er zunächst Informationen in verschränkten Lichtteilchen über den Dächern Wiens übertrug, 2013 zwischen den Kanarischen Inseln La Palma und Teneriffa.
Weltall Um zu zeigen, dass die Quantenteleportation auch über größere Entfernungen funktioniert, braucht es einen Ort, an dem die Erdkrümmung nicht im Weg ist, wenn es darum geht, Informationen über weite Strecken zu schicken. Zeilinger hat dafür mit chinesischen Kollegen eine Photonenquelle bestehend aus einem starken Laser und einem speziellen Kristall ins All geschickt. So entstehen dort aus Lichtteilchen jeweils zwei verschränkte Photonen, die dann getrennt und beispielsweise an die Bodenstationen in Peking und Wien geschickt werden können. Dort kommen jeweils die gleichen Informationen an.
Allein die Messung verändert die Realität
Würde ein Hacker eine solche Information abfangen, würde er unweigerlich entdeckt. Um das zu verstehen, muss man sich das eingangs erwähnte Experiment genauer anschauen: Es beruht auf dem Phänomen, dass Lichtteilchen sich mal wie Teilchen und mal wie Wellen benehmen. Wenn man sie durch eine Wand mit zwei waagrechten Spalten auf eine dahinterliegende Wand schickt, würde man von Teilchen eigentlich ein Muster erwarten, das die beiden Streifen abbildet – so, als würde man mit einer Sprühdose durch eine Schablone sprühen: Das Muster der Schablone wird dabei auf der hinteren Wand abgebildet. Stattdessen erscheint ein sogenanntes Interferenzmuster: Die Lichtteilchen landen in mehreren Streifen auf der hinteren Wand – auch an Stellen, die sie auf geradem Weg von der Quelle durch die beiden waagrechten Streifen nicht erreichen können.
Wie kommen sie dorthin? Da fangen die Kuriositäten an: Versucht man im laufenden Experiment herauszubekommen, durch welche der beiden Spalten ein Teilchen geflogen ist, verschwindet das Interferenzmuster. Stattdessen erscheint das Schablonenmuster: Werden sie beobachtet, verhalten sich Quanten wie Teilchen und nicht mehr wie Wellen. Allein die Messung verändert offenbar die Realität.
„Einstein war auf dem Holzweg“
Dieser Effekt tritt auch bei verschränkten Teilchen auf – und das nutzt die Quantenkryptografie: Fängt ein Hacker die Information auf dem Weg ab und versucht sie auszulesen, muss er dafür den Zustand der Teilchen messen. Damit verändert er diesen aber im selben Moment und verrät sich so, erklärt Zeilinger: „Ein Lauscher zerstört die Verschränkung.“ Noch ist allerdings die Übertragungsrate viel zu gering für die Massen an Daten im World Wide Web. „Aber das ist ein technisch lösbares Problem“, führt der Physiker aus, „wenn man sehr viel Geld in die Hand nimmt, kann man das lösen.“
Was würde Einstein zu den aktuellen Erkenntnissen sagen? „Das zu wissen, dafür würde ich viel geben“, sagt Zeilinger. Einstein sei damals empört gewesen über die Ansicht, dass Messungen Experimente verändern können und Dinge, die nicht gemessen werden, nicht sicher existieren. Er soll einst provokativ gefragt haben: „Ist der Mond auch nicht da, wenn keiner hinsieht?“ „Aber Einstein war auf dem Holzweg“, sagt Zeilinger. „Heute wissen wir, dass es bei manchen Dingen falsch ist zu behaupten, dass das, was messbar ist, schon vor der Messung existiert hat.“ Womöglich verzweifeln daran die Hacker der Zukunft.
Geschichte der Quantenverschränkung
Gedankenexperimente Die Verschränkung von Teilchen wurde bereits in den 1930er Jahren theoretisch vorhergesagt; Ernst Schrödinger prägte den Begriff. Experimente waren damals noch nicht möglich, lediglich Gedankenexperimente – die scheinbar selbst Einstein absurd vorkamen: So kam es zur Aussage der „spukhaften Fernwirkung“.
Labor Seit den siebziger Jahren sind die Experimente dank der fortgeschrittenen Technik im Labor möglich geworden. Der Quantenphysiker Anton Zeilinger holte sie aus dem Labor heraus, indem er zunächst Informationen in verschränkten Lichtteilchen über den Dächern Wiens übertrug, 2013 zwischen den Kanarischen Inseln La Palma und Teneriffa.
Weltall Um zu zeigen, dass die Quantenteleportation auch über größere Entfernungen funktioniert, braucht es einen Ort, an dem die Erdkrümmung nicht im Weg ist, wenn es darum geht, Informationen über weite Strecken zu schicken. Zeilinger hat dafür mit chinesischen Kollegen eine Photonenquelle bestehend aus einem starken Laser und einem speziellen Kristall ins All geschickt. So entstehen dort aus Lichtteilchen jeweils zwei verschränkte Photonen, die dann getrennt und beispielsweise an die Bodenstationen in Peking und Wien geschickt werden können. Dort kommen jeweils die gleichen Informationen an.