Als Teleportation (auch Beamen) bezeichnet man die Bewegung eines Gegenstandes von einem Raumpunkt zu einem beliebigen anderen Raumpunkt, ohne dass dabei Zeit vergeht.

Wie funktioniert Beamen?

 

Bevor diese Frage beantwortet werden kann, muss zuerst einmal geklärt werden, was unter „Beamen“ zu verstehen ist. Lt. http://www.wissen.de/fremdwort/beamen bedeutet Beamen: „Auf digitalem Weg verschwinden u. an anderer Stelle wieder auftauchen lassen bzw. auf digitalem Weg übertragen, übersenden!“

 

Und jetzt zurück zur oben gestellten Frage:

Der zu beamende Gegenstand kann die Strecke zw. Ausgangspunkt und Ziel nicht selbst zurücklegen, sondern es werden die vollständigen Informationen über seine „Bestandteile“ übertragen. (So ähnlich, wie beim Klonen.)

Beispiel: Ein aufgebautes Modell aus Legosteinen

Man demontiert das Modell und notiert sich die Art und Position jedes einzelnen Bausteins. Dann wird ein Partner angerufen, der anhand der zuvor von uns notierten Informationen bei sich ein identisches Modell wieder aufbauen kann. Die Teleportation von dem Lego-Modell kann somit erfolgreich stattfinden.

Wie sieht es aber mit Alltagsgegenständen, z.B. Bleistift, oder mit Lebewesen aus? Wie sehen die vollständigen Informationen über deren Bausteine aus?

In der Physik wären dies die Kenntnis von Ort und Impuls aller Teilchen, aus denen diese Gegenstände bestehen. Diese Informationen zu ermitteln erweist sich als besonders schwierig, da die grundlegenden Bausteine von „realen Gegenständen“ keine Legosteine sind, sondern Atome und Moleküle.

An dieser Stelle kommt die Quantenmechanik ins Spiel. Man darf aber die Rechnung nicht ohne den Wirten machen, denn in der Quantenmechanik ist die gleichzeitige Bestimmung von Ort und Impuls eines Teilchens nicht wirklich möglich (Anm.: Heisenbergsche Unschärferelation:Ort und Impuls eines Teilchen können prinzipiell nicht gleichzeitig beliebig genau bestimmt werden“). Mit anderen Worten: Eine gleichzeitige Bestimmung von Ort und Impuls eines Teilchens ist nur möglich, wenn für beide Größen eine Unschärfe in Kauf genommen wird.

Somit kann dem Quantenobjekt kein fester Orts- od. Impulswert zugeordnet werden. Die Messung des Ortes ist aber enorm wichtig, da diese unmittelbare Auswirkungen auf das Ergebnis nachfolgender Impulsmessungen hat.

Ein Phänomen in der Quantenmechanik ist die sogenannte „Verschränkung“, bei dem zwei Teilchen über beliebige Distanzen verbunden bleiben und sie haben perfekt definierte gemeinsame Eigenschaften. Allerdings verlieren sie dabei ihre Einzeleigenschaften. (Anm.: Der österr. Physiker Erwin Schrödinger bezeichnete dieses Phänomen als „Charakteristische Eigenschaft der Quantenmechanik und Albert Einstein als „spukhafte Fernwirkung“)

 

Beispiel: Wie die Würfel fallen
Könnte man zwei Spielwürfel verschränken, wüsste man bis zur Messung nicht, welche Augenzahl sie zeigen. Nach der Messung würde aber mit Sicherheit bei beiden die gleiche – zufällige – Seite nach oben zeigen. Sind zwei Teilchen nicht verschränkt, hat jedes seine eigene wohldefinierte Eigenschaft – die Physiker sprechen von „separablen Quantenzuständen“. Im Fall der Würfel würde bei jedem davon eine zufällige Seite nach oben zeigen, völlig unabhängig vom anderen Würfel.

 

Die Frage, ob die beiden Teilchen jetzt verschränkt sind oder nicht bleibt aber weiter offen, denn die Physiker vom Institut für Quantenoptik und Quanteninformation (IQOQI) und des Vienna Center for Quantum Science and Technology (VCQ) an der Universität Wien zeigten, dass dies nicht immer der Fall ist. Sie verwirklichten dazu ein Gedankenexperiment aus dem Jahr 2000 des israelischen Physikers Asher Peres (1934-2005), eines der Pioniere der Quanteninformationstheorie.

 

 

Beispiel: Viktor, Alice und Bob

Dabei werden zwei verschränkte Paare von Photonen produziert. Ein Photon von jedem Paar wird an ein Messgerät („Viktor“) geschickt. Von den zwei verbleibenden Photonen wird eines an das Messgerät „Alice“ und eines an das Gerät „Bob“ gesendet. „Viktor“ hat bei seiner Messung zwei Möglichkeiten. Er kann die zwei Photonen so messen, dass sie in einen verschränkten Zustand gezwungen werden, dann wird auch das Photonenpaar von „Alice“ und „Bob“ verschränkt. Entscheidet sich „Viktor“ aber, seine beiden Teilchen einzeln zu messen, dann wird auch das Paar von „Alice“ und „Bob“ in einen separablen Zustand gebracht.

Die Physiker haben in ihrem Experiment aber „Viktors“ Entscheidung und Messung verzögert, diese findet erst nach den Messungen von „Alice“ und „Bob“ statt. Damit waren sie in der Lage, erst nach der Messung von „Alice“ und „Bob“ die Entscheidung über den Quantenzustand der Photonen von „Alice“ und „Bob“ zu treffen, also ob die Photonen verschränkt oder separabel waren. Die Entscheidung kann sogar erst dann fallen, wenn die Lichtteilchen von „Alice“ und „Bob“ gar nicht mehr existieren.

 

Der nächste Schritt, die Teleportation von Elementarteilchen wie etwa Elektronen, dürfte ungleich schwieriger sein, weil dann noch das Problem der gezielten De- und Rematerialisierung hinzukommt. Trotzdem wäre die Teleportation von Elektronen durchaus noch denkbar. Die Teleportation von ganzen Atomen oder gar Molekülen bis hin zu Organismen ist aber aufgrund der technischen Schwierigkeiten kaum vorstellbar.

 

http://www.youtube.com/watch?v=A9rFkI_xy-0

 

Quellen:

https://www.tu-braunschweig.de/Medien-DB/ifdn-physik/teleport.pdf

http://scienceclipat.blogspot.co.at/2012/02/wie-funktioniert-beamen.html

http://vcq.quantum.at/page.6700.html

http://www.leifiphysik.de/web_ph12/grundwissen/09unschaerfe/unschaerfe.htm

(Zusammengestellt von Barbara Buchmann)

Foto: Maria Svecova / Unsplash