Quantenboten kommunizieren doppelt so schnell

Um Information von einem Punkt A zu einem Punkt B und wieder zurück zu bringen, muss ein Infor­mations­träger mit der Botschaft im Gepäck zunächst Punkt B und danach wieder Punkt A auf­suchen. Das legt zumin­dest der klas­sische Ver­stand nahe. Anderes aber gilt in der Quanten­physik, wie Forscher des Insti­tuts für Quanten­optik und Quanten­infor­ma­tion der Öster­reichi­schen Aka­demie der Wissen­schaften und der Uni­ver­sität Wien nun heraus­fanden. Indem sie ein Quanten­teil­chen als Träger der Infor­ma­tion in eine Super­posi­tion brachten, konnten sie Bot­schaften zwischen Punkt A und Punkt B gleich­zeitig und in beide Rich­tungen über­tragen.

Zunächst ein Gedankenexperiment: Die beiden voneinander ent­fernten Partner Alice und Bob müssen eine Frage gemein­sam und gleich­zeitig beant­worten, es steht aber nur ein Bote zur Ver­fü­gung. Während diese Heraus­forde­rung in der Welt der klassi­schen Physik nicht zu lösen ist und der Bote die Ant­orten nur nach­ein­ander ein­holen kann, eröff­net die Quanten­physik eine andere Per­spek­tive: die Super­posi­tion. Sie bezeichnet die quanten­physi­ka­lische Eigen­schaft von Teil­chen, sich an zwei Orten gleich­zeitig auf­halten zu können. Werden ein­zelne Teil­chen in diesen Zustand gebracht, sind sie in der Lage, Ereig­nisse, die klas­sischer­eise auf­ein­ander folgen, simul­tan herbei­zu­führen.

Dass dies auch für die Übertragung von Information gilt, wiesen nun die Forscher von ÖAW und Uni Wien nach: Sie setzten ein ein­zelnes Quanten­objekt als Infor­ma­tions­träger in Super­posi­tion und konnten damit eine Zwei-Weg-Kommu­ni­ka­tion zwischen von­ein­ander ent­fernten Partnern simu­lieren. „Werden Boten­teil­chen in den quanten­physi­ka­lischen Zustand der Super­posi­tion gebracht, zeigen sie erstaun­liche Fähig­keiten beim Sammeln, Speichern und Über­tragen von Infor­ma­tion“, erklären Flavio Del Santo und Borivoje Daki.

Nicht nur, dass Alice und Bob in dem Gedanken­experi­ment dank des Quanten­boten die Frage gemein­sam und gleich­zeitig beant­worten können, auch in der realen Welt eröff­net diese Erkennt­nis zahl­reiche Anwen­dungs­mög­lich­keiten. So stellen insbe­son­dere Kommu­ni­ka­tions­systeme der Zukunft, die auf dieses quanten­physi­ka­lische Phäno­men setzen, ein beträcht­liches Steige­rungs­poten­zial für die Effi­zienz digi­taler Daten­über­tra­gungen in Aus­sicht.

ÖAW/RK