Untertitel: „Beamen“ ist nicht Beamen
Auf der Verschränkung von Quanten basiert zum Beispiel die Quantenteleportation, die man salopp auch als „Beamen“ bezeichnet. Mit dem Beamen aus Star Trek hat das aber nur wenig zu tun.
Man muss es ja zugeben: Beamen wäre eine wirklich phantastische Sache. Man löst sich an einem Ort auf und erscheint Sekundenbruchteile später an einer weit entfernten Stelle. Populär wurde diese Phantasietechnik Ende der 1960er durch die Serie Star Trek.
Im Jahre 1997 führte der österreichische Physiker Anton Zeilinger als erster ein Experiment durch, das man als Quantenteleportation und später auch als „Beamen“ bezeichnet hat. Dabei nutzte er Quanten-Verschränkungen aus, um die Polarisation von einem Photon auf ein anderes zu übertragen. Das „Quantenbeamen“ unterscheidet sich aber wesentlich von der Phantasietechnik in Star Trek!
Halten wir uns an die international gängigen Bezeichnungen und nennen wir den Sender Alice und den Empfänger Bob. Um die Polarisation zu teleportieren, benötigen wir drei Photonen (folgende Abb.). Zunächst erzeugt man ein verschränktes Photonenpaar mit unbestimmter - aber aufeinander normaler - Polarisation: 2 bleibt bei Alice, 3 wird zu Bob geschickt. Die Polarisation von Photon 1 muss nicht bekannt sein. Damit du aber das Prinzip verstehst, nehmen wir als Beispiel eine horizontale Polarisation an.
| Günstiger Fall der Polarisations Übertragung von Photon 1 auf 3. Photon 2 fungiert quasi als Hilfsphoton. Der Doppelpfeil zeigt die Polarisation an, die gummibandartigen Symbole die Verschränkung. |
Wenn Alice nun Photon 1 und 2 miteinander verschränkt, dann passiert Folgendes (b): Die Polarisation von 1 und 2 muss - wegen der Verschränkung - immer aufeinander normal sein. Also muss 1 und 3 zum Zeitpunkt der Verschränkung die gleiche Polarisation haben. Man kann sagen: Die Polarisation wurde von 1 auf 3 übertragen.
Nur die Polarisationsrichtung des ersten Photons! Es wird also nur Information übertragen, keine Materie! Warum kann man dann überhaupt von Teleportation sprechen? Weil zwei Photonen mit denselben Eigenschaften ununterscheidbar sind. Es wirkt daher tatsächlich so, also wäre Photon 1 von Alice zu Bob transportiert worden.
Wie schnell erfolgt die Teleportation? Es ist zwar so, dass die Information von Photon 1 auf 3 bereits im Augenblick der Verschränkung von 1 und 2 erfolgt. Bob kann den Zustand aber erst richtig einstellen, wenn er Nachricht von Alice bekommt. Diese muss auf konventionellem Weg erfolgen, etwa über Funk oder Telefon, und kann Bob daher maximal mit Lichtgeschwindigkeit erreichen! Wenn Alice einen Fahrradboten schickt, dann ist die Übertragungsgeschwindigkeit nur etwa 30 km/h.
Auch wenn man inzwischen schon über viele hunderte Meter teleportieren kann und bereits große Gruppen von Atomen verschränken konnte, für das Beamen von Menschen eignet sich diese Technik mit Sicherheit nicht. Denn dazu brauchte man Kirk-Zwillinge und einen eigenschaftslosen Menschen, auf den dann Kirks Eigenschaften übertragen werden. Woher soll man die aber nehmen und vor allem, wie sollte man diese wechselweise miteinander verschränken?