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21. August 2019

Quantencomputer: Forschern gelingt Teleportieren eines Qutrit

Beamen oder teleportieren – Teilchen, Gegenstände oder Personen von einem Ort zu einem anderen bewegen, ohne den Raum dazwischen zu durchqueren. Eine Wunschvorstellung vieler, eine Herausforderung für Quantenphysiker. Aus der theoretischen Möglichkeit ist nun Wirklichkeit geworden: Wissenschaftlern aus Österreich und China ist es nun erstmals gelungen, ein Qutrit zu verschicken.

Seit den 1990er Jahren ist mehrdimensionale Quantenteleportation theoretisch machbar. "Die tatsächliche Realisierung im Labor und die dazu benötigte Technologie mussten wir aber erst entwickeln", erzählt Manuel Erhard vom Wiener Institut für Quantenoptik und Quanteninformation der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW). Dies ist ihnen nun gelungen.

Was ist ein Qutrit?

Vorab ist es wichtig zu wissen, wie Quantenphysik Teleportieren für sich definiert. Beim Teleportieren geht es darum, dass die Quanteneigenschaften von einem Lichtteilchen, sogenannten Photonen, über eine gewisse Entfernung zu einem anderen transportiert wird. Anders als beim "Beamen", wo es darum geht, Objekte und Personen von einem Ort zum anderen zu bringen, bleiben beim Teleportieren in der Quantenphysik die Teilchen an ihrem ursprünglichen Platz, aber übertragen ihre Dimensionseigenschaften auf andere. Im Experiment des chinesisch-österreichischen Team handelte es sich dabei um zwei Meter. Laut ÖAW wurden in bisherigen Experimenten nur Zwei-Ebenen-Zustände ("Qubits") übertragen, also Informationen mit dem Wert "0" oder "1". Dem Forscherteam gelang es nun aber, einen Drei-Ebenen-Zustand ("Qutrit") zu übertragen.

Auf zu neuen Dimensionen

Erhard äußerte gegenüber dem ORF, dass durch die Studie zukünftig nicht nur eine dreidimensionale Übertragung möglich sei, sondern auch die Übermittlung von tausenden Dimensionen bald erreicht werden könne. Dafür geeignet seien Wasserstoffatome, da sie noch deutlich mehr Freiheitsgrade als Photonen aufweisen.

Quantensysteme: Ein Erfolg für größere Informationsmengen?

Das internationale Forschungsteam ist sich sicher, einen wichtigen Schritt hin zu praktischen Anwendungen wie einem Quanteninternet geschaffen zu haben. Denn höher-dimensionale Quantensysteme können deutlich größere Informationsmengen transportieren. "Dieses Ergebnis könnte hilfreich sein, mehrere Quantencomputer gleichzeitig miteinander zu verbinden, und zwar mit höheren Informationskapazitäten als mit Qubits prinzipiell möglich", beschreibt Anton Zeilinger, Quantenphysiker an der ÖAW und der Universität Wien, die Möglichkeiten der neuen Methode. Das chinesische Forscherteam sieht ebenfalls große Chancen in der mehrdimensionalen Quantenteleportation. "Den Grundstein für die nächste Generation von Quantenkryptographie-Systemen legt unsere heutige Grundlagenforschung", sagt Jian-Wei Pan, der an der University of Science and Technology of China forscht. 

Die vollständige Studie, können Sie auf der Seite des Fachmagazins Physical Review Letters abrufen.

LG

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