Quantenteleportation-Durchbruch: Beamen wie bei Star Trek?

„Energie!“ Dieser ikonische Befehl aus Star Trek ist seit Jahrzehnten ein Symbol für die Faszination der Menschheit, Dinge – oder gar Menschen – in Lichtgeschwindigkeit zu transportieren.

Während das Beamen von Captain Kirk noch in den Bereich der Science-Fiction gehört, hat die Wissenschaft einen gewaltigen Schritt in Richtung Realität gemacht: Die erste erfolgreiche Quantenteleportation durch das Internet.

Ein Team der Northwestern University in den USA hat es geschafft, den Zustand eines Lichtteilchens über mehr als 30 Kilometer Glasfaserkabel zu teleportieren – und das mitten durch den alltäglichen Datenverkehr.

Faszinierend.

In Star Trek werden Menschen in Lichtgeschwindigkeit von einem Ort zum anderen gebeamt. In der Realität geht es bei Quantenteleportation zwar nicht um Menschen, aber um Zustände – und das Prinzip dahinter ist kaum weniger faszinierend.

Möglich wird dies durch Quantenverschränkung, ein Phänomen, bei dem zwei Teilchen so miteinander verbunden sind, dass der Zustand des einen sofort den Zustand des anderen bestimmt, egal wie weit sie voneinander entfernt sind.

Bei der Quantenteleportation wird der Zustand eines ursprünglichen Teilchens an einem entfernten Ort rekonstruiert, ohne dass das Teilchen selbst physisch transportiert wird. Es ist, als würde die Information an ihrem Ursprungsort aufgelöst und an ihrem Zielort wieder zusammengesetzt – ganz wie beim Beamen.

Der Anfang aller Weisheit – nicht das Ende

Ein Team um den Wissenschaftler Prem Kumar hat gezeigt, dass Quantenteleportation nicht nur theoretisch, sondern auch praktisch über bestehende Glasfaserinfrastrukturen möglich ist – und das gleichzeitig mit herkömmlichem Internetverkehr.

Die Herausforderung bestand darin, die empfindlichen Quantenzustände vor Interferenzen durch andere Datenströme zu schützen. Das Team löste dieses Problem durch präzise Streuanalysen und die Auswahl spezieller Wellenlängen.

Mithilfe von Filtern und optimierten Übertragungswegen konnten die Forscher den Quantenzustand erfolgreich teleportieren, ohne dass klassische Datenübertragungen beeinträchtigt wurden.

„Das zeigt, dass klassische und Quantenkommunikation nicht nur nebeneinander existieren können, sondern dass dies sogar mit der bestehenden Infrastruktur funktioniert“, erklärt Kumar.

Der erste Kontakt

Der Durchbruch könnte die Kommunikation grundlegend verändern und uns ein Stück näher an das Star Trek-Zeitalter bringen:

• Abhörsichere Kommunikation: Quantenkryptografie basiert auf den Prinzipien der Quantenmechanik, die ein Abhören unmöglich machen. Jeder Versuch, Daten abzufangen, würde den Quantenzustand zerstören und somit den Eingriff sichtbar machen.
• Quanteninternet: Künftige Quantencomputer könnten durch solche Netzwerke miteinander verbunden werden und so eine Rechenleistung ermöglichen, die heutige Supercomputer in den Schatten stellt.
• Kein Bedarf an neuer Infrastruktur: Bestehende Glasfasernetze können genutzt werden, was den Weg für die Technologie deutlich beschleunigt.

Das unentdeckte Land

So aufregend dieser Fortschritt ist, die Technologie steckt noch in den Kinderschuhen. Die derzeitige Fehlerrate liegt bei etwa 10 %, und die Übertragungsdistanz muss weiter erhöht werden, um ein globales Quanteninternet zu ermöglichen.

Doch der Trend ist klar: Mit jedem Erfolg nähern sich Wissenschaftler dem Ziel eines hybriden Internets, in dem klassische und Quantenkommunikation nahtlos miteinander verbunden sind.

Fazit

Das Beamen von Menschen bleibt vorerst der Enterprise vorbehalten, doch die Quantenteleportation von Informationen ist bereits Realität. Der Erfolg von Kumar und seinem Team zeigt, dass die Menschheit immer näher an eine Welt heranrückt, in der Daten wie bei Star Trek ultraschnell und absolut sicher übertragen werden können.

Die Technologie zeigt, wie die Grenzen zwischen Science-Fiction und Realität verschwimmen. Vielleicht ist es nur noch eine Frage der Zeit, bis „Energie!“ nicht nur auf der Leinwand, sondern auch im echten Leben Realität wird. Die Grundlagen dafür sind gelegt – jetzt geht es darum, die letzten Hürden zu überwinden.