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Wien (öaw) - 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.
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 Dakic.
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.
Publikation: "Two-way communication
with a single quantum particle", Flavio Del Santo and Borivoje Dakic, Physical Review Letters, 120, 060503.
DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.120.060503
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