Lichtquantenhypothese Von Einstein zu Star Trek

Einstein erhielt den Nobelpreis nicht für die Relativitätstheorie, sondern für seine Lichtquantenhypothese. Damit begründete er eine Wissenschaft, die das "Beamen" von Teilchen möglich macht.

Den Nobelpreis hat Albert Einstein nicht für die Relativitätstheorie bekommen, sondern für einen bahnbrechenden Beitrag zur Quantenphysik. Mit der Idee, dass Licht aus einzelnen Quanten besteht, legte Einstein als 26-jähriger Patentbeamter einen entscheidenden Grundstein für die Quantentheorie - und unwissentlich für einen Multi-Milliarden-Markt. Vor 100 Jahren, am 17. März 1905, reichte Einstein seine Lichtquantenhypothese als erste von vier wegweisenden Arbeiten seines wissenschaftlichen "annus mirabilis" (Wunderjahrs) beim Fachblatt "Annalen der Physik" ein.

Die Idee des "Beamens" gelangt in die Wirklichkeit

Laser, Leuchtstoffröhren, Mikroelektronik - moderne Quantentechnik bestimmt einen Großteil unseres Alltags. "Man kann heute sagen, dass die Quantenphysik wohl auch in ihrer technologischen Auswirkung eine der wichtigsten Naturbeschreibungen ist, die wir haben", urteilt der Wiener Physikprofessor Anton Zeilinger. In seinem Labor ist ein Science-Fiction-Traum wahr geworden: Der Quantenforscher hat mit seinem Team das Beamen aus der Fantasie in die Wirklichkeit geholt.

In der Wiener Kanalisation teleportieren die Physiker Einsteins Lichtquanten einige hundert Meter unter der Donau hindurch. Dafür haben die Forscher einen bizarren Quanten-Effekt gezähmt, den Einstein und seine Kollegen Boris Podolski und Nathan Rosen 1935 eigentlich erdacht hatten, um die Unvollständigkeit der Quantentheorie zu beweisen. Demnach lassen sich nach den Gesetzen der Quantenwelt zwei Teilchen zu einem "verschränkten" Zustand verschmelzen, der nur als ganzes beschreibbar ist, nicht aber durch die beiden einzelnen Partner.

Einstein: "Spukhafte Fernwirkung"

Beide Teilchen lassen sich jedoch anschließend räumlich trennen, ohne den Zustand zu zerstören. Wird dann eines verändert, ändert sich augenblicklich auch das andere gemäß der Verschränkung - obwohl es von der Änderung seines Partner nichts "wissen" kann. Da es dafür egal ist, ob sich beide Teilchen im selben Raum oder an gegenüberliegenden Enden der Galaxis befinden, sprach Einstein ablehnend von einer "spukhaften Fernwirkung".

"Einstein sagte, die Welt kann nicht so verrückt sein wie uns die Quantenmechanik dies erzählt. Heute wissen wir: Die Welt ist so verrückt", zitiert Zeilinger seinen New Yorker Kollegen Prof. Daniel Greenberger. Auf der gerade erschienenen Reportage-CD "Spukhafte Fernwirkung - Die Schönheit der Quantenphysik" (supposé, Köln, ISBN 3-932513-60-6) lädt Zeilinger den Hörer zu einem Besuch bei seinen Experimenten im Labor, unter der Donau und über den Dächern von Wien ein.

Beamen von Materiequanten möglich

Das Prinzip der Quantenteleportation ist nicht auf die masselosen Lichtquanten (Photonen) beschränkt, sondern würde auch mit Materiequanten funktionieren. Das Beamen größerer Objekte oder gar ganzer Menschen bleibt allerdings schon aus technischen Gründen vorerst Science-Fiction. "Allein die Information über die Quantenzustände eines Menschen, die zum Beamen übertragen werden müssten, würden einen CD-Stapel von 1000 Lichtjahren Länge füllen", hat Zeilinger errechnet. Ein Lichtjahr sind knapp 10 Billionen Kilometer. Selbst mit der besten verfügbaren Technik würde diese Datenübertragung Äonen dauern. "Es wäre einfacher, zu laufen", hat der britische Quantencomputerexperte Samuel Braunstein von der Universität York einmal lakonisch festgestellt.

Wozu können Quantenteleportation und "Verschränkung" einmal nützlich sein? "Wir verfolgen die Möglichkeiten für eine neue Technologie, von der ich - wie viele - überzeugt bin, dass sie eines Tages die heutige Informationstechnologie ablösen wird", sagt Zeilinger. Eine solche Quanteninformatik soll nicht nur etwa eine absolut abhörsichere Kommunikation erlauben, sondern auch dem Quantencomputer den Weg bereiten, von dem sich die Forscher eine ganz neue Form des Rechnens mit unerreichten Geschwindigkeiten erhoffen, wie Zeilinger erläutert. "Wenn es Quantencomputer geben sollte, glauben viele, dass Teleportation eine Möglichkeit ist, wie die miteinander kommunizieren können."

Das Grundprinzip eines Quantencomputers hat die Gruppe um Zeilinger gerade realisiert und im Fachjournal "Nature" (Bd. 434, S. 169) vom Donnerstag (10. März) vorgestellt. Bis zum Einsatz eines solchen Computers ist es jedoch noch ein weiter Weg.

Till Mundzeck/DPA

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