Science Fiction oder Wissenschaft: Wann wird Beamen Realität?

Wissen Sie Bescheid ob Beamen möglich ist? Hier jetzt die Antwort!

War Beamen vor Jahrtausenden schon einmal Realität? Konnten sich etwa Druiden von einem Dolmen zum anderen teleportieren? Oder wird bald Realität, was in der Science-Fiction Literatur steht? Dazu ein Zitat aus einem Zeitreiseroman zum Thema Beamen (Teleportation). Der Buch-Titel: “Professor Allman – Auf der Suche nach der Weltformel” :

Nach zwei Stunden hat Pinchin erneut zwei Hunde verbraucht. Dem einen fehlen nach der Teleportation die Vorderläufe und bei dem anderen wächst der Schwanz aus dem Kopf, während die Ohren den Platz des Schwanzes einnehmen.
Pinchin flucht fürchterlich und fummelt an seinem Pinchinmat herum. „Ich muss den Fehler finden, ich will es!“ Er ändert einige Einstellungen und beginnt einen weiteren Versuch. „Jetzt muss es klappen!“ murmelt er mit verbissenem Gesicht.

Teleportation auch Beamen genannt, bezeichnet die Bewegung eines Objektes von einem Punkt der Einsteinschen Raumzeit zu einem beliebigen anderen Punkt der Raumzeit, ohne dass das Objekt dabei physisch den dazwischen liegenden Raum durchquert.

Was bisher immer als Science Fiction galt, schien vor wenigen Jahren Realität zu werden. Im Sommer 2004 meldete der Spiegel-Online: Forscher beamen Photonen über die Donau

Was ist dran am Beamen? Können wir uns bald wie Spok und Scotty ins Raumschiff hochbeamen? Die folgende Überlegung sorgt für Klarheit:

Bei der realen Übertragung von Teilchen im Rahmen einer Teleportation geht man von etwa 1 Kilobyte Information aus, die in Bruchteilen von Sekunden gespeichert und übertragen werden. Für den Transport eines Menschen errechnet sich daraus eine Datenmenge von etwa 10 · 10
19 Terabyte. Diese Datenmenge ist aber so unvorstellbar groß, dass die reale Teleportation eines Menschen noch sehr lange ein Wunschtraum bleiben wird. Innerhalb der Quantenphysik sind Teleportationen nur mit einzelnen Quantenteilchen möglich.

Dazu folgender Beitrag aus “Nature Physics”: Wissenschaftler der Universität Heidelberg, University of Science and Technology of China und der TU Wien berichten die experimentelle Übertragung eines unbekannten Quantenzustandes mit zwischenzeitlicher Speicherung

In der  Ausgabe von “Nature Physics” vom 20. Januar berichten Wissenschaftler der Universität Heidelberg, University of Science and Technology of China und der TU Wien die experimentelle Übertragung eines unbekannten Quantenzustandes mit zwischenzeitlicher Speicherung. Autoren sind Yu-Ao Chen, Shuai Chen, Zhen-Sheng Yuan, Bo Zhao, Chih-Sung Chuu, Jörg Schmiedmayer und Jian-Wei Pan.

Quantenzustände (Quanten-Bits) sind äußerst sensitiv gegenüber Störung. Verschiedene physikalische Systeme haben dabei unterschiedliche Vorteile bei der Übermittlung, Manipulation und der Speicherung von Quantenzuständen. Photonen (Lichtteilchen) sind zum Beispiel hervorragend geeignet für die Kommunikation von Quantenzuständen. Sie sind schnell und robust, jedoch extrem schwer zu speichern. Atomare Ensembles hingegen sind sehr langlebig und können für die Speicherung von Quantenzuständen verwendet werden. Ihre Präzision und lange Kohärenzzeit bilden die Grundlage für moderne Atomuhren. Die Verknüpfung dieser beiden Systeme galt lange als eine große Herausforderung.

In “Nature Physics” berichtet das Team die experimentelle Übertragung eines unbekannten Quantenzustandes mit zwischenzeitlicher Speicherung. Dabei wird mit Hilfe von Quanten-Teleportation der Zustand eines Photons auf einen atomaren Quantenspeicher übertragen, wo er im atomaren Ensemble für bis zu acht Mikrosekunden gespeichert und anschließend wieder ausgelesen und auf ein Photon übertragen wird. Eine solche Schnittstelle, die die Übertragung von Quantenzuständen von Licht auf Materie und die anschließende Rückübertragung ermöglicht, ohne dabei den Quantencharakter der gespeicherten Information zu zerstören, ist ein wesentlicher Bestandteil eine zukünftigen Quantentechnologie.

Wie kann dieses Ziel erreicht werden?

In der klassischen, makroskopischen Welt ist es ohne weiteres möglich, Informationen zu kopieren und zu senden, so zum Beispiel mit einem Fax-Gerät. In der mikroskopischen Quantenwelt ist dies jedoch nicht möglich. Quanteninformation kann nicht kopiert und nur transferiert werden, wenn dabei das Original zerstört wird. Wie jedoch ist diese Übertragung eines Quantenzustandes zwischen zwei Orten zu erreichen?

Bei der Quanten-Teleportation wird ein unbekannter Zustand zu einem anderen Ort transferiert, ohne dass im Laufe des Vorgangs jegliche Kenntnis über den Zustand gewonnen wird. Dies ist eines der faszinierenden Beispiele dafür, wie Quanten-Verschränkung für reale Anwendungen verwendet werden kann, die in zahlreichen Quanten-Kommunikations- und -Algorithmen-Protokollen Verwendung finden.

Sowohl die Quanten-Teleportation als auch der Quanten-Speicher sind bereits in so genannten “proof-of-principle”-Experimenten gezeigt worden. Jedoch die Implementierung einer Quanten-Teleportation von photonischen Qubits mit integriertem Speicher war bis heute nicht möglich.

Im Experiment verwenden die Wissenschaftler photonische Qubits als Datenträger; die Quanten-Information ist codiert im Polarisationsfreiheitsgrad der Photonen. Als Quanten-Speicher dient der kollektive Spin-Zustand eines ultrakalten Ensembles von etwa einer Millionen Rubidium-Atomen. Zunächst wird eine Verschränkung zwischen dem Polarisationszustand des Photons und dem Zustand des Quanten-Speichers erzeugt. Diese Atom-Photon-Verschränkung dient als Ressource für die Teleportation eines unbekannten photonischen zu einem atomaren Qubit. Dies geschieht mit Hilfe einer so genannten “Bell-Zustands-Messung” zwischen dem zu teleportierenden Photon und dem Photon, das zuvor mit dem atomaren Ensemble verschränkt wurde. Der teleportierte Zustand kann nun im kollektiven Zustand des atomaren Ensembles gespeichert und nach bis zu acht Mikrosekunden erfolgreich wieder ausgelesen werden.

Die erfolgreiche Teleportation wird mit Hilfe der experimentell bestimmten Reinheit des finalen Zustandes verifiziert, die größer ist als das klassische Limit von zwei Dritteln.

Das beschriebene Experiment trägt nicht nur zum fundamentalen Verständnis moderner Physik bei, sondern ist darüber hinaus ein bedeutender Schritt in die Richtung effizienter und skalierbarer Quanten-Netzwerke. (Quelle: idw)

Ein Gedanke zu „Science Fiction oder Wissenschaft: Wann wird Beamen Realität?“

  1. Bin hier eher zufällig gelandet und möchte doch kurz etwas anmerken.
    Dass die Quanten-Teleportation so heißt, wie sie heißt, ist ein Marketing-Trick, weil Teleportation eben so ein tolles Schlagwort ist. Tatsächlich passiert bei der Teleportation nur folgendes:
    Person A besitzt z.B. ein Atom in einem bestimmten quantenmechanischen Zustand, und will diesen “Zustand” an Person B schicken. Es wird also nicht das Atom übertragen, sondern der Zustand, in dem sich das Atom befindet. Gleiches gilt für andere quantenmechanische Systeme wie Photonen. Mit “Beamen”, also dem Übertragen von Materie, hat das überhaupt nichts tun, es spielt eher eine Rolle bei der Quanten-Kommunikation.
    Gruß,
    Clemens

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