QuantenTeleportation

Quanten-Teleportation ist ein Protokoll der Quanteninformation, das den Zustand eines Quantensystems von einem Ort zu einem anderen überträgt, ohne dass das Teilchen den Ort physisch verlässt. Das Verfahren nutzt Quantenverschränkung sowie eine klassische Kommunikationsverbindung, um die Information über den Zustand zum Empfänger zu übertragen.

Im Protokoll teilen sich zwei Parteien, A und B, ein verschränktes Quantensystem-Paar. Der Sender, der den zu teleportierenden Zustand besitzt, führt eine Bell-Zustandsmessung auf seinem Teil des Paares und dem zu teleportierenden System durch. Das Messergebnis wird über einen klassischen Kanal an den Empfänger gesendet, der daraufhin eine passende unitäre Operation auf sein eigenes Teil des verschränkten Paares anwendet; dadurch wird der ursprüngliche Zustand auf dem Empfängersystem exakt reproduziert.

Es transferiert weder Materie noch Energie; die Teleportation überträgt lediglich die Quanteninformation. Die Güte der Übertragung hängt von der Effizienz der Bell-Zustandsmessung, von Verlusten und von Umgebungsrauschen ab. In idealen theoretischen Modellen kann die Fidelity 1 erreichen; in praktischen Experimenten liegen Fidelitäten typischerweise deutlich über 0,9.

Die Reichweite der einzelnen Experimente wird durch Verluste beschränkt. Zur Überbrückung größerer Distanzen werden Quantenrepeater erforscht, um verschränkte Verbindungen über Netze zu ermöglichen. Zusätzlich wurden Teleportationen über lange Distanzen mittels Satelliten demonstriert; Projekte wie das chinesische Micius-Programm haben solche Übertragungen zwischen Bodenstationen und Satelliten ermöglicht, und damit interkontinentale Verbindungen demonstriert.

Historisch gesehen erfolgte die erste experimentelle Demonstration der Quanten-Teleportation im Jahr 1997. Seitdem wurden Teleportationen überwiegend mit Photonen in Labor- und Freiluftanlagen realisiert, mit fortlaufenden Fortschritten in Reichweite und Zuverlässigkeit.

Anwendungen liegen in der Quantenkommunikation, dem Aufbau von Quanten-Netzwerken und der Quantenkryptographie. Wichtig bleibt die fundamentale Begrenzung: Teleportation nutzt zwar Quanteninformation, erlaubt aber kein Messaging schneller als Licht, da der klassische Kanal nötig ist.