Sonntag, 9. September 2012

Zukunftsvision - Lass uns von La Palma "Beamen"

NEWS:
 

„Beam me up, Scotty“ (Beam mich hoch, Scotty) ist ein Satz den viele noch aus der Science Fiction Serie Raumschiff Enterprice in Erinnerung haben. Bald könnte das Wirklichkeit werden. Erste Anfänge sind Physikern der Gruppe von Prof. Anton Zeilinger des Instituts für Quantenoptik und Quanteninformation (IQOQI) und der Universität Wien auf La Palma gelungen. Das Team konnte Lichtteilchen (Photonen) über eine Distanz von 143 Kilometern von der Insel La Palma nach Teneriffa übertragen. Natürlich ist es noch nicht möglich Materie wie feste Körper oder gar Menschen in Sekundenbruchteilen nach Teneriffa zu beamen. Zu futuristisch wäre der Gedanke in Zukunft ohne Flugzeug über weite Strecken zu verreisen und das alles in der Zeit eines Wimpernschlags.
 

Was haben die da auf La Palma genau gemacht ?

Zunächst muß erst einmal geklärt werden was ein Photon genau ist. Dafür bemühen wir Prof. Wikipedia:
 
Das Photon (von Griechisch φῶς phōs, Gen. φωτός phōtosLicht“) ist die elementare Anregung (Quant) des quantisierten elektromagnetischen Feldes. Anschaulich gesprochen sind Photonen das, woraus elektromagnetische Strahlung besteht, daher wird gelegentlich auch die Bezeichnung Lichtteilchen verwendet.
Jegliche elektromagnetische Strahlung, von Radiowellen bis zur Gammastrahlung, ist in Photonen quantisiert. Das bedeutet, die kleinste Menge an elektromagnetischer Strahlung beliebiger Frequenz ist ein Photon. Photonen haben eine unendliche natürliche Lebensdauer, können aber bei einer Vielzahl physikalischer Prozesse erzeugt oder vernichtet werden. Ein Photon besitzt keine Masse. Daraus folgt, dass es sich immer mit Lichtgeschwindigkeit c bewegt.
 

Auf der Insel La Palma erzeugte das Physikerteam verschränkte Paare von Lichtteilchen. Quantenmechanische Verschränkung bedeutet dabei, dass keines der beiden Photonen für sich genommen eine definitive Polarisation hat, dass aber, wenn man die Polarisation bei einem der Photonen misst und ein zufälliges Resultat erhält, das andere Photon stets eine damit perfekt korrelierte Polarisation zeigen wird. Diese Art der quantenmechanischen Korrelation ist mithilfe der klassischen Physik nicht beschreibbar und wurde von Albert Einstein daher als „spukhafte Fernwirkung" bezeichnet.
 
Photon 3 wurde sodann durch die Luft auf etwa 2400 Meter Meereshöhe 143 Kilometer weit über den Atlantik nach Teneriffa geschickt und dort mit einem Teleskop der europäischen Weltraumagentur eingefangen. Photon 2 verblieb indessen im Labor auf La Palma. Dort erzeugten die Experimentatoren weitere Lichtteilchen in einem frei einstellbaren Polarisationszustand, den es zu teleportieren galt.
Dies geschah in mehreren Schritten: Zunächst wurde eine spezielle Art der gemeinsamen Messung, die sogenannte Bell-Messung („BM"), an Photon 1 und 2 durchgeführt, bei der beide Photonen unwiderruflich zerstört werden. Bei dieser Messung wurden zwei mögliche Resultate unterschieden, und die entsprechende klassische Information wurde mit einem gewöhnlichen Laserpuls nach Teneriffa übermittelt. Dort wurde, je nachdem welches der beiden Resultate der Bell-Messung empfangen worden war, die Polarisation von Photon 3 entweder um 90 Grad rotiert oder völlig unverändert gelassen.
 
Diese Transformation („T") schloss die Teleportation ab, und die Polarisation von Photon 3 auf Teneriffa war nun identisch mit der ursprünglichen Polarisation von Photon 1 auf La Palma.
Wissenschaftlich und doch verständlich erklärt von Dr. Johannes Kofler (danke) vom Max-Planck-Institut für Quantenoptik (MPQ) in Garching. Die Fotos und die Grafik stammen von IQOQI Wien. Der Forschungsbericht wurde in "Nature" veröffentlicht.

... und was soll das nun bringen ?

Es kann der Datenübertragung dienen. Das sogenannte "Quanten-Internet" ist eine Zukunftsvision der Informationsverarbeitung. 
Es basiert nicht mehr auf klassischen Computernetzwerken, sondern auf den derzeitigen Ent-wicklungen der modernen Quanteninformation, bei der einzelne Quantenteilchen die Träger von Information sind. Quantennetzwerke versprechen absolut sichere Kommunikation und verbesserte Rechenleistung bei dezentralen Aufgaben gegenüber allen denkbaren klassischen Technologien.

Dann lassen wir sie einfach weiter in unserem Silicon Valley auf dem Roque de Los Muchachos forschen. Die Teleskope und Forschungseinrichtungen auf La Palma sind nicht nur in Sachen Astronomie, sondern jetzt auch bei der Quantenphysik führend .. und darauf können wir als Palmeros stolz sein.

 10.9.2012 - Hier noch ein kleiner Inhaltsnachtrag aus einem Bericht von National Geographic:

"Das sogenannte Quanteninternet ist eine Zukunftsvision der IT. Der große Traum dabei: Die absolute Sicherheit was Kommunikation angeht. Telefonate können nicht mehr abgehört werden, E-Mails nicht mehr mitgelesen werden. Google kann keinerlei Daten über seine Nutzer mehr mitspeichern, abgefangene Kreditkartendaten gehören der Vergangenheit an. Die Basis des Ganzen sind Quanten, z.B. Photonen, also Lichtteilchen. Ein solches Quant weißt immer bestimmte Eigenschaften auf, was man Polarisation nennt. Der Vorteil dabei ist, dass die Polarisation nie genau bestimmt werden kann, da schon die Messung diese beeinflusst. Wird ein Quant überprüft, verändert es sich dadurch unwiederbringlich. Für die Kommunikation würde dies bedeuten, dass sich jede abgehörte Nachricht sofort verändert und so das Abhören beim eigentlichen Empfänger bemerkt werden würde." ... den kompletten Artikel lesen.

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