• 9/2025 • Seite 51 • DPG-MitgliederMit Quanten zur Information
Eine Ideengeschichte der Quanteninformation aus physikalischer Perspektive
Die Quanteninformationstheorie ist die Basistheorie für alle Quantentechnologien. Sie ist keinesfalls eine Abänderung der Quantenmechanik, eher eine Analyse unter einer neuen Perspektive. Die Wurzeln dafür reichen zurück bis in die ersten Jahre der Quantenmechanik, auch wenn Informationsaspekte kaum eine Rolle bei der Diskussion innerhalb der Physik spielten. Erst Anfang der 1990er-Jahre wurde die Verbindung mit der Informationstheorie explizit gezogen, was eine dramatische Entwicklung auslöste. Dadurch kamen Wesenszüge der Quantenmechanik ins Blickfeld, auch bei Experimenten, die bis dahin eher als paradox gegolten hatten, nun aber zum Kern für neue Anwendungen wurden.
Als Startpunkt der modernen Quanteninformationstheorie können das Teleportationsprotokoll (1992) und die Dichte-Kodierung (1991) gelten, an denen jeweils Charles Bennett maßgeblich beteiligt war, sowie der Faktorisierungsalgorithmus von Peter Shor (1994). Diese Geschichte ist verschiedentlich erzählt worden [1]. Hier möchte ich stattdessen der Vorgeschichte auf der physikalischen Seite nachgehen, die dazu führte, dass die benötigten theoretischen Konzepte und mathematischen Strukturen zu Beginn der 1990er-Jahre schon vorlagen. Ich folge dabei weitgehend meinem Preisträgervortrag, den ich anlässlich der Verleihung der Max-Planck-Medaille am 13. März 2025 gehalten habe.
Operationale Quantentheorie
Zu den erklärten Zielen des jungen Werner Heisenberg gehörte es, die gesuchte neue Quantentheorie ganz auf beobachtbare Größen aufzubauen. Das war an sich keine neue Idee, sondern durchaus gängig in der Gruppe um Max Born [2]. Als Prototyp solcher Überlegungen galt für Born Einsteins Analyse der Gleichzeitigkeit [3]. Einstein fixierte diesen Begriff durch ein Messverfahren, das aber unter neuen Bedingungen (Konstanz der Lichtgeschwindigkeit) zu einer Abhängigkeit vom Bewegungszustand des Beobachters führte und letztlich zu einer Modifikation der Raum-Zeit-Theorie. (...)
