Techniklexikon

Quantenteleportation

Quantenmechanik, Übertragung eines Quantenzustands mit Hilfe von nichtklassischen Einstein-Podolsky-Rosen-(EPR-)Korrelationen. Die Quantenteleportation eignet sich unter anderem für das Übertragen von Quantenbits in der Quanteninformatik. Sie geht auf einen Vorschlag von Charles H. Bennett und anderen aus dem Jahr 1993 zurück. Ziel ist es, den unbekannten Zustand  eines Quantensystems, etwa den Polarisationszustand eines Photons oder den Spinzustand eines Elektrons, auf ein zweites, räumlich entferntes Quantensystem zu übertragen. Zum Beispiel möchte der Sender, »Alice«, den Polarisationszustand eines Photons an den Empfänger, »Bob«, übermitteln. Alice muss dazu jene Informationen an Bob übergeben, mit denen er ein Photon mit den entsprechenden Eigenschaften präparieren kann. Allerdings ist es im allgemeinen nicht möglich,  durch einen Messprozess genau zu bestimmen. Dieses Hindernis kann Alice umgehen, indem sie die Information über den Quantenzustand in einen klassischen und einen nichtklassischen Anteil zerlegt. Der klassische Anteil wird über klassische Kommunikation übertragen; dieser Prozess begrenzt die Geschwindigkeit der Quantenteleportation in Übereinstimmung mit der Relativitätstheorie. Die nichtklassische Information wird durch nichtlokale Korrelationen übermittelt: Alice und Bob erhalten jeweils ein Photon eines aus zwei Photonen bestehenden EPR-Paares. Alice führt eine Messung durch, die den Zustand  mit ihrem EPR-Photon verschränkt. Solch eine Messung kann darin bestehen, beide Photonen von zwei Seiten durch einen Strahlteiler zu schicken und interferieren zu lassen. Bei diesem Prozess verändert sich unmittelbar auch der Quantenzustand von Bobs EPR-Photon. Alice teilt Bob auf klassischem Weg das Ergebnis ihrer Messung mit. Daraufhin kann Bob durch eine Polarisationsmanipulation an seinem EPR-Photon den ursprünglichen Zustand  reproduzieren. Der ursprüngliche Quantenzustand wird bei der Quantenteleportation verändert, und zwar durch die Verschränkungs-Messung des Senders.

Im Experiment wurde die Quantenteleportation eines Photonenzustands zum ersten Mal im Jahr 1997 demonstriert. Das Übertragungsprotokoll der Quantenteleportation lässt sich auf andere Quantenzustände und auf mehrere Teilchen verallgemeinern.