[Firstlord]

Schrödingers Katze im Transporter
Matthias Gräbner 15.04.2011

Der klassische Transporter, wie man ihn als Star-Trek-Fan kennt, funktioniert absolut deterministisch: Man misst die Eigenschaften sämtlicher Atome des zu beamenden Objekts, überträgt diese Information ans Ziel und konstruiert daraus das Objekt im Originalzustand. Hat man ausreichend genau gearbeitet, materialisiert sich das teleportierte Objekt, wie es vorher war - mit all seinen Gedanken und Eigenschaften. Mal davon abgesehen, dass die Star-Trek-Erfinder damit recht klar die Existenz von so etwas immateriellem wie einer Seele verneinen, haben sie natürlich mit Unfällen gerechnet. Mal begegnet Commander Riker seinem Double, mal verschmilzt der Talaxianer Neelix mit dem Vulkanier Tuvok. Selbst die moderne Form der Flugangst, die Panik vor dem Beamen, hat es schon in eine Folge geschafft.



Und dafür gibt es auch allen Grund - es steht eine ganze Reihe physikalischer Gesetze dagegen, das Beamen wie von den Star-Trek-Erfindern vorgesehen ablaufen zu lassen (siehe Der Traum vom Beamen). Zuallererst natürlich die Heisenbergsche Unschärferelation, die es verbietet, alle Parameter eines Zustands genau zu messen. Wie passt das zu den unter anderem vom österreichischen Physiker Anton Zeilinger energisch voran getriebenen Idee der Quanten-Teleportation (siehe Quantenfluss unter der Donau)? Hier steht ein anderes physikalisches Phänomen im Vordergrund, nämlich das der Verschränkung. Zwei verschränkte Quantenzustände stehen in einer magisch anmutenden Verbindung, die von der Entfernung unabhängig ist - ändert man eine Eigenschaft des einen Teils der Verschränkung, ändert sich im selben Moment auch der andere Teil. Quanten-Teleportation passiert also, wie das Beamen bei Star Trek, sofort.

Der Experiment-Aufbau im Labor der Forscher

Bisher hat man sich allerdings damit befasst, bekannte Quantenzustände zu teleportieren. Das ist unter anderem für die Quanten-Kryptografie interessant, weil man sofort merkt, wenn jemand lauscht: Durch eine heimliche Messung kommt es zur Dekohärenz, der Empfänger erhält nur noch Quantenmüll. Einem japanischen Forscherteam ist es nun gelungen, das Prinzip auf einen unbekannten Zustand zu übertragen - genauer gesagt auf die quantenmechanische Überlagerung zweier Zustände, wie sie der Physiker Erwin Schrödinger in seinem Gedankenexperiment mit der gleichzeitig lebenden und toten Katze visualisiert hat (siehe Erfolge in der Schrödingerschen Katzenzucht). Im Wissenschaftsmagazin Science beschreiben die Forscher ihr Experiment.
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Ausgangspunkt ist dabei eine Quanten-Überlagerung von zwei Lichtwellen - sie stellt hier die Schrödinger-Katze dar. Gleichzeitig, aber unabhängig davon haben die Forscher die beiden Lichtpakete miteinander verschränkt, das ist die Voraussetzung für eine Quanten-Teleportation. In einem komplizierten Prozess gelang es dann, die "Katze" zunächst komplett zu löschen, um sie am Ausgang wieder auferstehen zu lassen. Soweit man bei einem nicht lebenden und nicht toten Wesen von Auferstehung sprechen kann. Der Versuch ist nicht nur für Startrek-Fans interessant, würde er doch die unmögliche Aufgabe ersparen, sämtliche Teilcheneigenschaften eines zu beamenden Objekts messen zu müssen. Praktisch könnte man daraus auch ein logisches Element für einen Quantencomputer konstruieren - vor allem aber freut sich die Fachgemeinde, wie gut man inzwischen sehr delikate Quantenzustände konservieren und bearbeiten kann.


Im Experiment konstruiert man eine "Schrödinger-Katze", die aus der Quanten-Überlagerung von zwei Lichtwellen besteht - die eine Welle könnte man dabei als die lebende, die andere als die tote Katze interpretieren, in der Überlagerung entsteht Schrödingers Gedanken-Erfindung. (B) und (E) zeigen in der Grafik die gemessene Lichtamplitude am Ein- und Ausgang des Experiments. (C) und (F) sind die Photonen-Statistiken für die Eingangs- und Ausgangs-Licht-Zustände. (A) und (D) sind numerische Funktionen ("Wigner-Funktionen"), die sich wie Wahrscheinlichkeitsverteilungen verhalten und die statischen Eigenschaften der gemessenen Amplituden beschreiben. Die zwei positiven Peaks in beiden Bildern stellen die zwei unabhängigen Lichtwellen dar. Der negative Peak in der Mitte ist ein Symptom für die aus der Quantenüberlagerung entstehende Interferenz - und gleichzeitig eine Signatur für die Anwesenheit des Schrödinger-Katzen-Zustands, der auch nach der Quantenteleportation erhalten blieb.

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Anmerkung von mir:Fragst sich wann man das erste Atom Beamen kann!