Mit Star Trek hat die Quanten-Teleportation wenig zu tun. Das grundlegende Funktionsprinzip ist in der Abb. skizziert. Alice möchte einen ihr unbekannten Quantenzustand X an Bob (Alice und Bob sind die üblichen Namen von Sender und Empfänger in der Quanteninformationstheorie) schicken.
Sie kann nicht einfach alle Eigenschaften des Zustandes messen und diese Informationen auf normalem Weg an Bob übertragen, da gemäß der Heisenberg'schen Unschärferelation komplementäre Variablen nicht gleichzeitig mit beliebiger Genauigkeit bestimmbar sind.
Stattdessen nutzen Alice und Bob ein Paar verschränkter Hilfssysteme A und B (üblicherweise Photonen), von denen sie jeweils ein Exemplar bekommen. Alice führt nun X und A zusammen und misst eine globale Eigenschaft dieses Paares, wobei sie sorgsam darauf achten muss, die Verschränkung zwischen A und B nicht zu stören. Dadurch werden A und X miteinander verschränkt, wodurch X auch automatisch mit B verschränkt wird.
Alice kennt dabei weder den Zustand von X noch von A (es ergibt auch gar keinen Sinn, von den Zuständen des einzelnen Teilchens zu sprechen). Sie überträgt auf normalem, klassischem Weg das Ergebnis ihrer Messung an Bob, der – in Abhängigkeit von Alices Resultat – eine bestimmte Manipulation mit seinem Hilfssystem B durchführt. B wird dabei in den ursprünglichen Zustand von X transformiert, der also von Alice zu Bob übertragen worden ist.
Dabei kennen Alice und Bob diesen Zustand während ihres Experimentes zu keinem Zeitpunkt. Es ist auch keine Kopie von X hergestellt worden, da der Originalzustand von X während der Verschränkung mit A zerstört worden ist ("No-Cloning-Theorem"). Kritiker könnten nun noch einwenden, X sei gar nicht auf B übertragen worden – schließlich tauschen Alice und Bob auf direktem Weg nur Information aus, keine Materie. Den Zustand von X zu übertragen ist aber genau so gut, denn ob Bobs System das "Originalsystem X" ist oder nur ein in allen Aspekten identisches, lässt sich in keinem Quanten-Teleportation Experiment klären.
Ob der Begriff "Teleportation" (vom griechischen tele, entfernt, und dem lateinischen portare, tragen) dem Phänomen
gerecht wird, kann dennoch bezweifelt werden – obwohl er aus PR-Sicht natürlich ein naheliegender Glücksgriff war und sich daher sofort durchgesetzt hat!
Experimente dieser Art sind in letzter Zeit tatsächlich durchgeführt worden, u.a. an der Universität Innsbruck, und haben die grundsätzliche Durchführbarkeit der Quantenteleportation eindrucksvoll bewiesen. Dabei kam eine Variante zur Anwendung, bei der X im Voraus bekannt ist (die gesuchte Eigenschaft der Photonen wurde vorher bestimmt und nur die "richtigen" wurden weiterverwendet). Der Zustand von X wurde gerade so gewählt, dass Bob auf seine Manipulation verzichten und die klassische Nachricht daher entfallen kann, wodurch sein verschränktes Hilfsphoton B instantan zu X wird.
Bei Experimenten dieser Art muss sehr penibel darauf geachtet werden, dass nichts die Verschränkung der Teilchen stört, sie also sehr gut von ihrer Umgebung isoliert sind. Das ist bei Photonen noch relativ leicht machbar, da die Anwesenheit von Luftmolekülen sie kaum beeinflusst und die Verschränkung auch die Einkopplung in eine optische Faser meistens überlebt. Aber schon bei einzelnen Atomen ist der Aufwand zur Erzeugung und Erhaltung der Verschränkung enorm, bei weitaus komplexeren Gebilden wie Lebewesen dürfte es vollkommen aussichtslos sein.
Vorschläge, mit Hilfe der Quanten-Teleportation das aus zahlreichen Science-Fiction-Romanen bekannte "Beamen" durchzuführen, sind daher auch meistens nicht ganz ernst gemeint.
Philippe Leick
Literatur:
Zeilinger, A. (2000): Quanten-Teleportation. Spektrum der Wissenschaft, 6/2000.
