«Scotty, beamen!» hiess der Befehl von Captain Kirk, und schon fand sich dieser auf einem fremden Planeten wieder. Zwar können die ETH-Forscher keine Gegenstände aus Fleisch und Blut durch das All beamen wie im Film «Star Trek». Doch den Wissenschaftern der ETH Zürich ist es erstmals gelungen, eine Information in einem Festkörpersystem von einem Ort zum anderen zu teleportieren. Und zwar über sechs Millimeter, von einer Ecke des Chips in die gegenüberliegende Ecke. Dies notabene ohne dass bei der Informationsübertragung physikalische Teilchen den Weg von der Senderecke in die Empfängerecke zurückgelegt hätten.

Nur Information transportiert

«Bei der gewöhnlichen Telekommunikation wird die Information über elektromagnetische Impulse übertragen. Beispielsweise transportiert man im Mobilfunk gepulste Radiowellen und in Glasfaserverbindungen gepulste Lichtwellen», erklärt Andreas Wallraff, Professor am Laboratorium für Festkörperphysik und Leiter der Studie. Bei der Quantenteleportation hingegen transportiere man nicht den Informationsträger selbst, sondern ausschliesslich die Information. Dies, indem man quantenmechanische Eigenschaften des Systems nutze, insbesondere die Verschränkung von Sende- und Empfängereinheit. Damit ist eine für Nichtphysiker «magisch» anmutende Verbindung gemeint, die die Gesetze der Quantenphysik nutzt, schreibt die ETH Zürich.

«Wie beim Beamen»

Zur Vorbereitung der Quantenteleportation bringt man Sende- und Empfängereinheit in einen verschränkten Zustand. Anschliessend können die beiden Einheiten physikalisch voneinander getrennt werden, denn der verschränkte Zustand bleibt erhalten. Und weil die beiden Einheiten verschränkt sind, kann man die Information in der Sende- und in der Empfängereinheit ablesen. «Quantenteleportation ist vergleichbar mit dem Beamen in <Star Trek>», sagt Wallraff. «Die Information reist nicht von Punkt A nach Punkt B. Vielmehr erscheint sie an Punkt B und verschwindet an Punkt A, wenn man sie an Punkt B abliest.»

Die Distanz von sechs Millimetern mag im Vergleich mit anderen Teleportationsexperimenten kurz erscheinen. Vor einem Jahr ist es beispielsweise österreichischen Wissenschaftern gelungen, eine Information über mehr als hundert Kilometer zu teleportieren. Dieser und ähnliche Versuche waren jedoch grundlegend anders, da es sich dabei um optische Systeme mit sichtbarem Licht handelte.

Bau von Quantencomputern

Den ETH-Forschern ist es hingegen zum erstenmal gelungen, Informationen in einem System mit supraleitenden elektronischen Schaltungen zu teleportieren. «Das ist interessant, weil solche Schaltungen wichtige Elemente für den Bau von zukünftigen Quantencomputern sind», sagt Wallraff. Ein weiterer Vorteil des Systems: Es ist extrem schnell und deutlich schneller als die meisten bisherigen Teleportationssysteme. Pro Sekunde lassen sich damit etwa 10 000 Quantenbits übertragen. Als nächstes möchten die Forscher mit ihrem System den Abstand zwischen Sender und Empfänger vergrössern. Und Information von einem Chip auf einen anderen teleportieren. Und langfristig geht es darum zu erforschen, ob man mit elektronischen Schaltungen auch über grössere Distanzen Quantenkommunikation betreiben kann, so wie mit optischen Systemen.

Wichtige Zukunftstechnologie

«Teleportation ist eine wichtige Zukunftstechnologie auf dem Gebiet der Quanteninformationsverarbeitung», sagt Wallraff. Damit lasse sich beispielsweise Information auf einem Quantenchip oder in einem zukünftigen Quantenprozessor von einem Punkt zu einem anderen transportieren. (Kn.)