Star Trek vs. Quantenphysik: Eine der berühmtesten Sci-Fi-Technologien ist womöglich gar nicht nötig

Wer sich schon einmal intensiver mit dem Beamen in Star Trek auseinandergesetzt hat, stößt schnell auf eine ganze Reihe vermeintlicher Fachbegriffe:

Zielscan und Koordinatenerfassung, Energieauslösung und Dematerialisation, Dopplerkompensation, Materiestrom, Phasenumwandlungsspulen, Musterpuffer, Biofilter, Emitterphalanxen und noch viel mehr.

Im Grunde verschwindet man aber einfach an einem Ort und taucht nur Sekunden später an einem anderen wieder auf.

Dass dabei gewaltige Datenmengen verarbeitet werden müssen, liegt auf der Hand, denn ein Mensch besteht grob aus 7 x 10 hoch 27 Atomen – also sieben Quadrilliarden Atomen.

Würde der Transporter wirklich jedes einzelne davon samt Position, Bewegung und weiteren Eigenschaften erfassen, käme eine gewaltige Datenmenge zusammen.

Nur einmal angenommen, pro Atom bräuchte es 300 Bit, dann wären das rund 262,5 Trillionen Gigabyte.

Allerdings lässt sich das so leicht nicht sagen, denn in Star Trek muss erst ein grundlegendes physikalisches Problem überwunden werden.

Doch womöglich liegt darin ein Denkfehler.

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Star Trek erfindet einen Ausweg aus Heisenbergs Problem

Die Heisenbergsche Unschärferelation stellt eine fundamentale Grenze dar: Ort und Impuls eines Teilchens, etwa eines Elektrons, lassen sich nicht gleichzeitig beliebig genau bestimmen.

Für das Transportersystem in Star Trek ist das ein Problem, denn es muss innerhalb der eigenen Logik einen Menschen vollständig erfassen und ihn Teilchen für Teilchen wieder zusammensetzen.

Die Lösung heißt Heisenberg-Kompensator.

Niemand weiß, wie er funktioniert. Als man 1994 Star-Trek-Berater Michael Okuda danach fragte, antwortete dieser: »Er funktioniert sehr gut, danke.«

Nur müsste ein echter Teleporter die Unschärferelation womöglich gar nicht austricksen.

Reale Quantenteleportation macht etwas anderes

Quantenteleportation funktioniert tatsächlich. Als der Österreicher Anton Zeilinger im Jahr 2022 neben zwei Kollegen den Physik-Nobelpreis unter anderem für bahnbrechende Arbeiten zur Quanteninformation erhielt, wurde Zeilinger vom Nobelkomitee ausdrücklich hervorgehoben, weil er und seine Forschungsgruppe die Quantenteleportation demonstriert hatten.

Allerdings funktioniert Quantenteleportation ganz anders als das Beamen in Star Trek.

Denn dabei wird gar keine Materie verschickt, sondern der Quantenzustand eines Systems übertragen. Dafür braucht es Verschränkung, Messung und klassische Information.

Der unbekannte Zustand muss dabei aber gar nicht vollständig bestimmt und in eine »Datei« geschrieben werden. Das bedeutet: Man muss nicht sämtliche Eigenschaften eines Teilchens kennen und die Unschärferelation demnach auch nicht überwinden.

Ein Transporter, der nach dem Prinzip realer Quantenteleportation arbeitet, müsste die Unschärferelation also gar nicht austricksen.

Dem Materietransporter wie in Star Trek bringt uns das allerdings keinen Schritt weiter.

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Ein Mensch ist kein Qubit

Denn bislang können Physiker »lediglich« Quantenzustände kleiner Systeme übertragen, etwa von Photonen, Atomen, Ionen und künstlichen Qubits. Materie selbst verschwindet dabei aber nicht und taucht auch nicht anderswo wieder auf.

Dazu kommt noch das sogenannte No-Cloning-Theorem, das schlicht besagt, dass sich ein beliebiger unbekannter Quantenzustand nicht perfekt kopieren lässt.

Bei der Quantenteleportation wird deshalb nicht einfach eine zweite identische Version erzeugt, während das Original bestehen bleibt. Der ursprüngliche Zustand bleibt dabei nicht erhalten.

Und obwohl in der Einleitung von einer relativ genauen Datenmenge die Rede ist, ist die Frage nach der tatsächlichen Menge weit weniger eindeutig, als die Zahlen klingen.

Noch weiß niemand, auf welcher Ebene ein hypothetischer Menschentransporter arbeiten müsste. Denn es ist so, dass unser Körper im Sinne des materiellen Stoffumsatzes ständig Atome und Moleküle ersetzt – und wir verlieren dabei nicht unsere Identität.

Es ist daher denkbar, dass gar nicht jedes Elektron perfekt rekonstruiert werden müsste. Womöglich sind biologische Strukturen und Informationen über den Zustand des Gehirns viel entscheidender.

Doch das ist letztlich reine Spekulation.

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Am Ende bleibt ein anderes Problem

Die Frage nach der Datenmenge lässt sich also nicht seriös beantworten, sondern hängt davon ab, was ein Transporter erhalten müsste.

Spätestens hier wird aus Physik eine Frage der Identität.

Einmal angenommen, wir hätten einen funktionsfähigen Transporter, der das Original zerlegt und am Zielort einen Menschen mit denselben körperlichen Eigenschaften und Erinnerungen zusammensetzt, der sogar überzeugt davon ist, gerade gebeamt worden zu sein.

Ist dieser Mensch tatsächlich gereist? Oder ist das Original verschwunden und lediglich eine perfekte Kopie aufgetaucht?