Was haben Albert Einstein, James Bond und die deutsche Telekom miteinander zu tun? Auf den ersten Blick wenig. Aber sie alle kommen thematisch bei einem bahnbrechenden Erfolg von Wissenschaftlern der Northwestern University in Chicago, USA, zusammen.
Denn dem Team um Dr. Prem Kumar ist gelungen, was als unmöglich galt: Sie haben die als unknackbar geltende Quanten-Teleportation mittels eines herkömmlichen Glasfaserkabels umgesetzt – während herkömmliche Daten, wie Videos, Websites oder Downloads darüber liefen.
Letzteres ist neu und könnte einen über Jahrzehnte wirkenden Impuls setzen, der die Kommunikation über das Internet extrem absichert. Quanten-Kommunikation gilt als quasi unabhörbar. Ihre Ergebnisse und Vorgehensweise haben sie in einem Paper veröffentlicht.
Quanten-Kommunikation bei normalem Internetverkehr
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Kumars Team konnte das seit den 1990ern praktisch erprobte Konzept der Quanten-Teleportation in einem 30 Kilometer langen herkömmlichen Glasfaserkabel umsetzen. Daran ist im ersten Schritt nichts Neues, was sie aber hinzufügten, ist herkömmlicher Datenverkehr, wie wir alle ihn täglich generieren. Dieser müsste laut bisheriger Fachmeinung äußerst unwirtliche Bedingungen für das einzelne Photon herstellen.
Es sei zu empfindlich und würde den Weg nicht unbeschadet überstehen. Bisher wurde deshalb immer ein Kabel exklusiv für die Experimente reserviert. Kumar vergleicht die Situation des Lichtteilchens bei der Quanten-Teleportation in einem herkömmlich genutzten Internet-Glasfaserkabel mit der eines klapprigen Fahrrads in einem Tunnel voller Lastwagen.
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Quantenverschränkung und Quanten-Teleportation: Albert Einstein bezeichnete die Verschränkung von Teilchen einst als spukhaft – verständlich (via Max-Planck-Institut für Quantenoptik). Denn dabei verhalten sich zum Beispiel zwei Photonen (Lichtteilchen) wie ein einzelnes, obwohl sie Hunderte Kilometer oder gar eine galaxieweit voneinander entfernt sind. Dabei handelt es sich um einen Effekt der Quantenmechanik, den wir mittels technischer Verfahren nutzen können.
Stellt euch folgende Beispiele vor:
- Ihr werft eine Münze. Kopf oder Zahl bleibt oben liegen. Wenn ihr zwei Münzen werft, ist es zufällig, ob Kopf/Kopf, Zahl/Kopf, Kopf/Zahl oder Zahl/Zahl herauskommt. Sind die Münzen aber quantenmechanisch verschränkt, kommt immer beides vor: Zeigt die Münze Kopf, zeigt die andere Münze Zahl und umgekehrt.
- Bei Würfeln funktioniert es ähnlich. Nur hier bleibt exemplarisch immer die Gesamtaugenzahl identisch. Also: 4/2, 3/3, 1/5 und so weiter.
Quanten-Teleportation bedeutet also, dass sich zwei verschränkte Teilchen, wie eines verhalten, auch wenn sie räumlich voneinander getrennt sind. Bei dem Prozess wird aber keine Materie teleportiert, sondern nur eine Information durch das Photon. Deshalb ist Vorsicht geboten, bei Teleportation direkt an Konzepte der Science Fiction wie das Beamen aus Star Trek zu denken. Wir können auf diesem Wege keine Materie einfach von einem Ort zum Anderen versetzen, nur Informationen (via weltderphysik und Department for Science, Innovation and Technology (YouTube)).
Wie genau solch eine Verschränkung abläuft und noch viel mehr Informationen rund um dieses Phänomen findet ihr in diesem YouTube-Video.
Doch es gibt eine Lösung: Bildlich gesprochen lenken die Forscher das Photon auf eine wenig genutzte Lichtwellenlänge (Fahrspur) und geben ihm obendrein einen superschnell reagierenden KI-Piloten. Physikalisch gesehen handelt es sich bei letzterem um verbesserte Filter, die das störende Rauschen des normalen Internetverkehrs reduzieren.
Um diese Technik für die Praxis weiterzuentwickeln, will das Team in Zukunft die Entfernungen ausdehnen und die Anzahl der Photonenpaare zu erhöhen. Es sollen also mehr Photonen, zuverlässiger über weitere Strecken teleportiert werden. Zudem wollen sie ihre Verfahren auch in realen Glasfaserkabeln, wie denen bei uns von der Telekom, testen. Anstatt gezielt erzeugt, soll routinemäßig anfallender Datenverkehr die Photonen stören.
Wenn die Forscher Erfolg haben, könnte das die weltweit wachsenden Glasfasernetze für die Quanten-Teleportation öffnen.
James Bond wäre begeistert: Quanten-Teleportation
In Hinblick auf Datensicherheit könnte Quantenkryptografie mittels der Quanten-Teleportation eine Revolution der Sicherheit darstellen. Denn getreu den Gesetzen der Quantenphysik verändert Beobachtung das Ergebnis. Sollte also, wer das Photon während des Transfers betrachtet, um Informationen zur Entschlüsselung von Daten auszulesen, verändert das den Zustand des Lichtteilchens. Hierdurch würde die Information, also der Schlüssel, unbrauchbar werden.
Der Empfänger würde also merken, dass Einfluss genommen wurde. James Bond und Q könnten also garantiert im Geheimen neueste Hinweise austauschen (via Heise).
Auch wenn Quanten-Teleportation wahrscheinlich nicht in absehbarer Zukunft für Privatpersonen zum Alltag gehören wird, freuen sich Regierungen, Unternehmungen und Forscher. Jede Gruppe, die bereit ist, Zeit, Aufwand und Geld in den sicheren Austausch von Informationen zu stecken, wäre über die globale Verfügbarkeit dieser neuen Kommunikations-Methode sicher begeistert.
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