Quanten-Boten kommunizieren doppelt so schnell

Neues aus der Forschung

Meldung vom 26.02.2018

Nicht einmal Licht kann sich schneller als mit Lichtgeschwindigkeit bewegen. Dennoch erlaubt die Quantenphysik, dass ein Lichtteilchen sich gleichzeitig in zwei Richtungen ausbreiten kann und somit eine effizientere Informationsübertragung ermöglicht. Das fanden Forscher/innen der Österreichischen Akademie der Wissenschaften und der Universität Wien in einer neuen, im Fachjournal „Physical Review Letters“ veröffentlichten Studie heraus.


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Um Information von Alice zu Bob und wieder zurück zu bringen, muss ein Informationsträger in der klassischen Physik mit der Botschaft im Gepäck zunächst Bob und danach wieder Alice aufsuchen. Das quantenphysikalische Phänomen der Supterposition ermöglicht es aber, dass Alice und Bob die Botschaft gleichzeitig erhalten.
Bild: Lorezo Nocchi
Flavio Del Santo and Borivoje Dakić. 2018. Two-way communication with a single quantum particle. Physical Review Letters
DOI: 10.1103/PhysRevLett.120.060503

Um Information von Punkt A nach 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 Hausverstand nahe. Anderes aber gilt in der Quantenphysik, wie Forscher/innen des Wiener Instituts für Quantenoptik und Quanteninformation (IQOQI) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW) und der Universität Wien nun herausfanden: Indem sie ein Quanten-Teilchen als Träger der Information in eine sogenannte Superposition brachten, konnten Botschaften zwischen Punkt A und Punkt B gleichzeitig und in beide Richtungen übertragen werden. Ihre Ergebnisse veröffentlichten sie kürzlich im Fachjournal „Physical Review Letters“.

Superposition macht Gleichzeitigkeit der Informationsübertragung möglich

Ein Gedankenspiel: Die beiden voneinander entfernten Partner/innen „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 Antworten nur nacheinander einholen kann, eröffnet die Quantenphysik eine andere Perspektive: die sogenannte 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 klassischerweise aufeinander folgen, simultan herbeizuführen.

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

Nicht nur, dass „Alice“ und „Bob“ in dem Gedankenspiel dank des Quanten-Boten die Frage also 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.


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