Quelle:
https://www.youtube.com/watch?v=OD438CCPlx0
9. November 2018 – Anthony Patch
Die Stadt der gefallenen Engel – Teil 5
Weiter mit Anthony Patch:
Die Wissenschaftler sind der Ansicht, dass sie die Fähigkeit hätten, durch Quanten-Verschränkung ohne Faseroptik-Systeme überall auf der Welt zu kommunizieren. Sie nennen das „Teleportation“. Lass Dich dadurch aber nicht verwirren. Denn damit ist nicht gemeint, ein physikalisches Objekt zu von einem Ort an einen anderen zu versetzen, so wie man das in Science Fiction-Filmen sieht. Teleportation in der Quanten-Physik im Quanten-Internet-Szenario ist nichts Anderes als eine verschränkte Kommunikation zwischen zwei parallelen Linien. In der Quanten-Mechanik gibt es nämlich von Natur aus keine physikalische Verbindung zwischen Quanten-Teilchen.
Quanten-Teleportation ist ein elementares Verfahren der Quantenkommunikation, wobei keine Teilchen im klassischen Sinne von A nach B übertragen werden, sondern lediglich die Quanteneigenschaften von Teilchen, d.h. ihr Quantenzustand.
Die Einführung von Wahrscheinlichkeiten verschiedener Ergebnisse anstelle einer eindeutigen Voraussage bedeutet eine grundsätzliche Abkehr von der klassischen Physik. Dort ist nämlich mit der Angabe des momentanen Systemzustands das Ergebnis jeder möglichen Messung eindeutig festgelegt (immer fehlerfreie Messung vorausgesetzt). Dies trifft für makroskopische Systeme (z. B. aus dem Alltag) im Allgemeinen sehr gut zu. Beispielsweise lässt sich einer Schrotkugel oder einem Sandkorn in jedem Moment mit praktisch eindeutiger Genauigkeit ein bestimmter Ort und eine bestimmte Geschwindigkeit zuschreiben.
Für immer kleinere Systeme wird es jedoch zunehmend falsch, für ein Ensemble quantenmechanischer Teilchen[2] ist es ausgeschlossen. Die streng gültige Heisenbergsche Unschärferelation von 1927 besagt nämlich: Liegt der Aufenthaltsort eindeutig fest, dann kann eine Messung der Geschwindigkeit mit gleicher Wahrscheinlichkeit jeden beliebigen Wert ergeben, und umgekehrt; d. h. zu jeder Zeit kann nur eine der beiden Größen eindeutig bestimmt werden. Diese Unbestimmtheit lässt sich auch durch das präziseste Präparieren des Systemzustands nicht beseitigen. Sie ist mathematisch rigoros, relativ einfach zu beweisen[3] und bildet eine zentrale begriffliche Grundlage der Physik.
Wegen der prinzipiellen Ununterscheidbarkeit von gleichartigen Teilchen ist dies allerdings ausreichend um ein vorhandenes Quantenobjekt am Zielort vollständig zu realisieren. Die Information wird durch Quantenverschränkung übertragen, sodass es im Raum keinen Übertragungsweg gibt, an dem entlang die Information von A nach B gelangt (das ist der von Einstein als „spukhafte Fernwirkung“ bezeichnete Effekt im Einstein-Podolsky-Rosen-Paradoxon). Vielmehr verschwindet die Information an einem Ort und entsteht an einem anderen.[1]
Dazu muss ein maximal verschränkter Zustand erzeugt werden, der sich vom Sender bis zum Empfänger erstreckt. Er wird bei der Teleportation zerstört. Da es keinen Übertragungsweg für die Teleportation gibt, gibt es auch nichts, was sich mit einer Geschwindigkeit bewegen könnte, insbesondere bewegt sich nichts mit Überlichtgeschwindigkeit. Die Quanten-Teleportation ist ein wichtiger Baustein von Quanten-Kommunikations, -kryptographie und -computing-Protokollen.
Eine wesentliche Eigenschaft des Teleportations-Protokolls ist es, dass es auch dann funktioniert, wenn der zu versendende Zustand dem Sender nicht bekannt oder mit einem weiteren System verschränkt ist. Zudem spielt es keine Rolle, in welchem physikalischen System Ausgangs- und Zielzustand vorliegen (die vier beteiligten Systeme (Eingangssystem, die beiden verschränkten Systeme und der Träger der klassischen Information) können durch vier verschiedene physikalische Systeme realisiert werden): Es wird nur Quanteninformation, das heißt der Zustand eines Quantensystems, übertragen, nicht das System selbst transportiert.[2] Daher ist gelegentlich auch vom „körperlosen“ (engl.: disembodied) Transport die Rede.[3]
Die praktische Bedeutung der Quanten-Teleportation liegt nicht etwa darin, dass man Informationen oder gar Gegenstände damit überlichtschnell transportieren könnte, wie das bei einer (fiktiven) klassischen Teleportation der Fall wäre. Hingegen ist die Quanten-Teleportation deshalb von praktischer Bedeutung, weil sie es erlaubt, Quantenzustände zu übertragen, ohne sie dabei durch einen Messvorgang gleichzeitig zu verändern (vergleiche dazu: Quantenmechanische Messung) und ohne dabei ein Quanten-System transportieren zu müssen (das Versenden von klassischer Information genügt). Für Quantencomputer eröffnen sich so technisch vielversprechende Möglichkeiten zur Übertragung, Speicherung und Verarbeitung von Qubits, insbesondere für ein Quanten-Internet.
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