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Freitag, 28.07.2017
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Raubkopie im Quantenreich

Wissenschaftlern gelingt erstmals das „Teleklonen“ von Quanten

Im Gegensatz zu CD, DVDs und anderen Gegenständen der Makrowelt lassen sich Quanten nicht exakt kopieren – dachte man jedenfalls bisher. Doch jetzt müssen Quantenkryptographen möglicherweise umdenken: Japanische Wissenschaftler haben erstmals experimentell Quanten-Teleportation mit einem „Klonen“ verbunden und so das „Teleklonen“ von Photonen bewiesen.
Laser

Laser

In der Welt der kleinsten Teilchen reicht schon die Messung der Position eines Partikels aus, um seine Beschleunigung und damit seine Eigenschaften zu verändern. Die Ermittlung der gesamten Eigenschaftenpalette eines Teilchens ist daher nur mit einer gewissen „Unschärfe“ möglich, wie auch schon Werner Heisenberg postulierte. Aus diesem Grund galt bisher auch das perfekte „Klonen“ von Quanten oder anderen kleinsten Teilchen als unmöglich.

Jetzt haben Wissenschaftler der Universität von Tokio, der Japanischen Agentur für Wissenschaft und Technologie und der Universität von York in Großbritannien erstmals experimentell nachgewiesen, dass das „Teleklonen“, die Kombination von Quantenteleportation und der genauen Replikation eines Photons möglich ist. Die Ergebnisse wurden in der aktuellen Ausgabe der Zeitschrift Physical Review Letters veröffentlicht.

Übertragung von einem Teilchen auf ein anderes


Bei der Quantenteleportation werden normalerweise die Eigenschaften eines Teilchens auf ein zweites, von diesem entferntes Teilchen übertragen. Da hier keine Messungen stattfinden, sondern nur „blind“ transportiert wird, greift Heisenbergs Unschärferelation nur bedingt. Die transportierten Eigenschaften kommen dem Original sehr nahe. Das Original wird bei diesem Vorgang jedoch normalerweise zerstört.


Sam Braunstein und Akira Furusawa ist es jetzt gelungen, die Eigenschaften des Originals nicht nur auf ein, sondern auf gleich zwei Teilchen zu übertragen. Das Original wird dabei zwar noch immer zerstört, aber durch das „Teleklonen“ bleiben am Ende dennoch zwei nahezu gleiche Kopien übrig.

Ihr Trick: Die Forscher „teleklonten“ nicht nur ein einzelnes Photon, sondern gleich den ganzen es umgebenden Laserstrahl. Dabei übertrugen sie das elektrische Feld, die Phase und die Amplitude des Strahls auf zwei von diesem räumlich entfernten nahezu identischen Lasern. Die Genauigkeit der Übertragung lag dabei immerhin bei 58 Prozent bei theoretisch erreichbaren 66 Prozent.

Unbemerktes „Raubkopien“ von Kryptographie-Protokollen möglich?


Möglich wird dies durch die so genannte „Verschränkung“ von Quanten, eine für die Quantenmechanik typische Form der Wechselwirkung. Das „Teleklonen“ allerdings erfordert noch eine Steigerung, die so genannte multipartite Verschränkung. Bei dieser sind noch engere Korrelationen zwischen den Quantensystemen oder Partikeln erforderlich, wie in diesem Falle zwischen den drei Laserstrahlen.

Das “Teleklonen” ist jedoch weit mehr als nur ein neues Spielzeug für die Quantenphysiker, es gibt auch den Quantenkryptographen, den Vorreitern einer bisher als „unknackbar“ geltenden Verschlüsselungstechnologie, zu denken: Denn in Zukunft wären auch Anwendungen denkbar, bei denen mittels „Teleklonen“ Quantenkryptographische Protokolle geklont und damit aufgezeichnet werden könnten. Nach bisheriger Lesart wäre dies aufgrund der Heisenbergschen Postulate nicht möglich gewesen, ohne dass das Protokoll selbst deutlich verändert und damit der „Mithörer“ bemerkt worden wäre.
(American Institute of Physics, 15.02.2006 - NPO)
 
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