Die Wirklichkeit der Quanten (Deutsch)

Mit dem Fortschritt der Lasertechnologie rückt für den Autor auch die praktische Nutzanwendung von Erkenntnissen aus der Quantenphysik in der Informatik näher. Quantenkryptografie bedeutet die absolut sichere Verschlüsselung von Botschaften. Die beiden Kommunikationspartner bekommen aus einer Folge verschränkter Photonenpaare jeweils jeder ein Photon zugesandt, die Aufeinanderfolge der Polarisationen der Einzelphotonen ist zufällig und doch ergibt die Zusammenführung das ursprüngliche Foto, wie 2007 am Institut für Quantenoptik und Quanteninformation in Wien gezeigt wurde. Als mögliche Anwendungen werden Quantenteleportation und Quantencomputer erläutert. Mit Spiegelteleskopen wurde 2007 gezeigt, dass verschränkte Photonen auch auf der Entfernung zwischen La Palma und Teneriffa ihre Eigenschaften behalten. Quantenteleportation bedeutet jedoch die Übertragung des Quantenzustands eines Photons auf ein anderes mit Hilfe verschränkter Photonen über eine Entfernung. Zum Vergleich wurden Photonen 2004 sowohl über die Donau als auch unterhalb der Donau (Glasfaserkabel im Abwasserkanal) geschickt. Zwei Photonen eines Paares können entweder in ihrer Polarisation oder in ihrem Impuls miteinander verschränkt sein. Der Zustand eines einzelnen Teilchens (Photon, Atom, Ion) stellt eine Information dar, die man als Quantenbit (Qubit) bezeichnen kann. Aufgrund der Verschränkung könnte ein Quantenbit die beiden Zustände 0 oder 1 gleichzeitig einnehmen. Obwohl dies für den menschlichen Verstand wie ein Verlust an Gewissheit aussieht, trägt es zur enormen Rechengeschwindigkeit künftiger Quantencomputer bei. Das Phänomen der so genannten verschränkten Photonen haben Einstein, Podolsky und Rosen erstmals 1935 in einem Doppelspaltversuch vorgeführt. In einem optisch nichtlineare Kristall werden durch Laserstrahl Photonenpaare erzeugt, die in einer besonderen Weise voneinander abhängig sind. Werden die beiden Photonen gemessen, müssen sie sich genau zum Impuls des erzeugenden Pump-Photons aufaddieren. Eine Doppelspalt-Interferenz tritt nur auf, wenn das erste Photon auf eine Weise gemessen wird, die jede Ortsinformation über dieses Photon (und damit auch über das zweite Photon) löscht. Wird das erste Photon nicht registriert, fällt die Doppelspalt-Interferenz weg. Erst das durchgeführte Experiment entscheidet demnach für jeden Einzelfall die Frage: Welle (Interferenz) oder Teilchen (Nicht-Interferenz). Künftige Versuche sollen zeigen, wie weit man überhaupt von einer vom Experiment unabhängigen physikalischen Realität sprechen kann. Die Grenze der Quantenphänomene wird experimentell in Richtung größerer Objekte verschoben. Das gleichzeitige Überleben und Sterben von Schrödigers Katze bleibt ein Gedankenexperiment, aber Fulleren-Moleküle (C60) zeigen Quanteninterferenz und Versuche mit Nanobakterien könnten der nächste Schritt sein.