Ende der 1960er war es tricktechnisch nicht möglich, Raumschiffe auf Planeten landen zu lassen. Deshalb erfand man für die Serie Star Trek das Kosten sparende Beamen. Bei dieser Phantasietechnik wird die Materie der Person aufgelöst, gemeinsam mit der Information über deren Zustand zum Zielort gestrahlt (eng. „beam“ = Strahl) und dort wieder zusammengesetzt. Es wird also Information und Materie transportiert. Beim „Quantenbeamen“ wird aber nur Information transportiert. Das ist einer der großen Unterschiede (F12)!

Das Prinzip des Beamens bei Star Trek: Captain Kirk wird in nicht zusammenhängende Materie aufgelöst (a), zum Zielort gestrahlt (b) und dort wieder rekonstruiert (c).

Licht ist eine Transversalwelle, weil magnetischer und elektrischer Feldvektor quer zur Ausbreitungsrichtung schwingen. Um zu vereinfachen, sehen wir uns nur das elektrische Feld an.

Unpolarisiertes und polarisiertes Licht und Analogie mit dem „Gartenzaunmodell“.

Normales Licht ist unpolarisiert. Der elektrische Feldvektor schwingt in beliebigen Richtungen quer zur Ausbreitungsrichtung. Bei polarisiertem Licht schwingt der Feldvektor nur in einer Richtung (b).

Polarisiertes Licht kann man aus unpolarisiertem Licht mit Hilfe eines Polfilters erzeugen. Geht das Licht durch einen zweiten, parallel orientierten Filter, passiert nichts (folgende Abb. a). Steht der zweite Filter quer (b), dann wird das Licht ausgelöscht. Das gilt auch für einzelne Photonen. Bei Zwischenstellungen findet, je nach Stärke der Drehung, eine Abschwächung des Lichts statt. Für ein einzelnes Photon kann man eine Wahrscheinlichkeit angeben, mit der es durchkommt oder nicht.

Verhältnisse bei zwei Polfiltern und Analogie mit dem „Gartenzaunmodell“

Sehen wir uns das Zeilinger-Experiment etwas detaillierter an (folgende Abb.). Mit Hilfe eines speziellen Kristalls und eines UV-Impulses erzeugt man zwei verschränkte Photonen (2 und 3) (siehe auch Abb.). Manche UV-Photonen fliegen zunächst durch den Kristall und erzeugen erst nach einer Reflexion ein Photonenpaar. Von diesem wird aber nur Photon 1 benötigt.

Schematischer Aufbau des Zeilinger-Experiments: S … Spiegel HS … halbdurchlässiger Spiegel D … Detektoren PST … polarisierender Strahlteiler

Der wichtigste Teil ist die gleichzeitige Messung und Verschränkung von Photon 1 und 2 bei Alice.

Diese treffen auf einen halbdurchlässigen Spiegel und werden mit einer Wahrscheinlichkeit von 50 % durchgelassen bzw. reflektiert. Weil die Photonen gleichzeitig auftreffen, sind sie nicht mehr zu unterscheiden und somit verschränkt. Es gibt vier Möglichkeiten, wie diese nach dem Spiegel auf die Detektoren treffen können. Nur in einem Fall stimmt die übertragene Polarisation sofort. Alice muss ihr Messergebnis Bob auf herkömmlichem Weg mitteilen (z. B. per Telefon), damit dieser seinen Apparat dementsprechend einstellen kann, um bei Photon 3 die richtige Polarisation zu erzeugen. Erst dann ist die Teleportation perfekt. Du siehst: „Quantenbeamen“ ist gar nicht so einfach!