Weltrekord: Wiener Physiker schickten Lichtteilchen über 144 km
Einen neuen Rekord bei der Übertragung sogenannter verschränkter Lichtteilchen-Paare (Photonen) haben Wissenschafter um Anton Zeilinger vom Institut für Quantenoptik und Quanteninformation (IQOQI) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW) und der Fakultät für Physik der Universität Wien aufgestellt. Rupert Ursin und seine Kollegen schafften zwischen den Inseln La Palma und Teneriffa 144 Kilometer ohne irgendwelche Leitungen, also einfach durch die Luft. Die Arbeit wurde in der jüngsten Online-Ausgabe der Wissenschaftszeitschrift “Nature Physics” publiziert.
Beim quantenphysikalischen Phänomen der Verschränkung bleiben beispielsweise zwei Lichtteilchen über theoretisch beliebige Distanzen wie durch Zauberhand miteinander verbunden. Misst man den Zustand eines der beiden Photonen, kennt man augenblicklich auch den Zustand des anderen. Eingesetzt wird die Verschränkung etwa zur Quantenkryptographie, bei der Daten absolut abhörsicher übertragen werden können.
Abhörsicher deshalb, weil jedes Auslesen des Schlüssels Auswirkungen auf das System hat. Das gilt auch für heimliche Lauscher, die sich die Information beschaffen wollen: Sie stören und können so entdeckt werden. Ein weiterer Vorteil der Quantenschlüssel ist, dass sie jeweils bei Bedarf frisch erzeugt werden und die Abfolge – ebenfalls aufgrund von Naturgesetzen – absolut zufällig ist.
Seit längerem verfolgen Physiker die Idee, Satelliten für die Quantenkryptographie einzusetzen. So könnte im All eine Quelle für verschränkte Photonen arbeiten. Bei Bedarf werden die Quantenschlüssel dann zu den Anwendern gesandt. Das Problem dabei ist, dass die Quantenkryptographie mit einzelnen Lichtteilchen arbeitet, und diese müssen sehr große Distanzen überwinden.
Zeilinger zeigte bereits im Jahr 2007, dass einzelnen Lichtteilchen zwischen La Palma und Teneriffa verschickt werden können. Damals wurde allerdings nur ein Partner des verschränkten Paares auf die Reise geschickt, der andere blieb in La Palma. Ein Vergleich zeigte, dass die Lichtteilchen auf über die Distanz verschränkt blieben.
Diesmal gingen die Wissenschafter einen Schritt weiter, beide Photonen wurden auf die Reise durch die Nachtluft geschickt. Gelungen ist das durch eine neue Methode der Erzeugung von großen Mengen verschränkter Lichtteilchen, denn ein Großteil der Photonen geht über die Distanz verloren, wird von Luftteilchen eingefangen. “Wir produzierten zwei Millionen Paare pro Sekunde, durchschnittlich ein Paar pro Sekunde kam an”, sagte Ursin gegenüber der APA.
144 Kilometer ist von der Distanz her geringer als etwa die Flughöhe der Internationalen Raumstation (ISS). Rechnet man jedoch die Abnahme der Dichte der Luftmoleküle in der Höhe ein, ist das All für die Quantenkryptographie in greifbare Nähe gerückt. Als Grundlagenwissenschafter träumt Zeilinger nach eigenen Angaben davon, das Weltall nicht nur für die Versendung von kryptographischen Schlüsseln, sondern generell als unendliches Labor einzusetzen.
Die Arbeiten der Physiker wurde von der Agentur für Luft- und Raumfahrt (ALR) der Forschungsförderungsgesellschaft (FFG) unterstützt.
