"Beam me up, Scotty", auch wenn Captain Kirk diesen Satz so nie gesagt haben soll, hält er sich als geflügeltes Wort bis heute. Wann immer der Chef des TV-Serien-Raumschiffs Enterprise zurück in seine Steuerzentrale wollte, genügte dieses Kommando und im selben Augenblick schon war er dort - ohne Zeitverlust durch die unendlichen Weiten des Weltraums.

Alles Science Fiction, erdacht in den 60er Jahren des vergangenen Jahrhunderts? Nicht ganz: Physiker sind tatsächlich in der Lage, zwar keine massiven Teilchen, so aber doch deren Eigenschaften zu beamen bzw. zu "teleportieren", wie es in der Fachsprache heißt.

Information ohne Zeitverlust übertragen

"Viele der damals revolutionär anmutenden Ideen aus der Star-Trek-Serie sind inzwischen Realität geworden", weiß Prof. Dr. Alexander Szameit von der Friedrich-Schiller-Universität Jena. "Sich selbst öffnende Türen, die Videotelefonie oder das aufklappbare Handy, all das haben wir zuerst in der Enterprise gesehen", so der Juniorprofessor für Diamant-/Kohlenstoff-basierte optische Systeme. Warum also nicht auch teleportieren? "Elementarteilchen wie Elektronen oder Lichtteilchen existieren per se in einem räumlich nicht abgegrenzten Zustand", sagt Szameit. Daher sei es für solche Teilchen möglich, mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit zeitgleich an unterschiedlichen Orten zu sein. "Innerhalb eines solchen, über mehrere Orte verteilten Systems, lassen sich Informationen von einem Ort zum anderen ohne Zeitverlust übertragen." Dieser Vorgang ist als sogenannte Quantenteleportation bereits seit einigen Jahren bekannt.

Das Forscherteam um den Star-Trek-Fan Szameit hat nun jedoch erstmals experimentell demonstriert, dass das Konzept der Teleportation nicht nur in der Welt winziger Quantenteilchen, sondern auch in unserer klassischen Welt Bestand hat. Das berichten die Wissenschaftler im Fachmagazin "Laser & Photonics Reviews" (DOI: 10.1002/lpor.201500252).

Eigenschaften von Licht verschränken

Dazu nutzten die Forscher eine besondere Form von Laserstrahlen. "Ähnlich wie die physikalischen Zustände in einem Elementarteilchen lassen sich auch die Eigenschaften von Lichtstrahlen miteinander verschränken", erklärt Dr. Marco Ornigotti aus Szameits Team. Als "Verschränkung" bezeichnen die Physiker eine Art Kodierung. "Man verknüpft die zu übertragende Information mit einer bestimmten Eigenschaft des Lichts", so Ornigotti, der die Experimente für die nun vorgelegte Studie geleitet hat.

Im konkreten Fall haben die Physiker Information in einer bestimmten Polarisationsrichtung des Laserlichts kodiert und diese mittels Teleportation auf die Form des Laserstrahls übertragen. "Bei dieser Form der Teleportation können wir jedoch nicht beliebige Distanzen überspringen", schränkt Physiker Szameit ein, "im Gegenteil, die klassische Teleportation funktioniert ausschließlich lokal." Doch genau wie im Teleporter des Raumschiffs Enterprise oder bei der Quantenteleportation erfolgt die Informationsübertragung vollständig und sofort, ohne jeglichen Zeitverlust. Das mache eine solche Informationsübertragung für mögliche Anwendungen etwa in der Telekommunikation hochinteressant, wie Szameit unterstreicht. 

Quelle: Friedrich-Schiller-Universität Jena

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Using a series of laser beams, a pair of German scientists successfully teleported classical information without the transfer or matter or energy.

Researchers have previously demonstrated local teleportation within the world of quantum particles. But the latest experiment successfully translates the phenomenon for classical physics.

"Elementary particles such as electrons and light particles exist per se in a spatially delocalized state," Alexander Szameit, a professor at the University of Jena, explained in a press release.

In other words, these particles can be in two places at the same time.

"Within such a system spread across multiple locations, it is possible to transmit information from one location to another without any loss of time," Szameit.

By coupling the properties of classical information, researchers were able to use quantum teleportation for classical teleportation. Classical information is coupled using a process called "entanglement."

"As can be done with the physical states of elementary particles, the properties of light beams can also be entangled," said researcher Marco Ornigotti. "You link the information you would like to transmit to a particular property of the light."

Researchers used polarization to encode information within a laser beam, enabling the teleportation of information instantly and in its entirety without loss of time.

Whereas quantum information and quantum systems describe particle properties that are inferred, classical information describes physical properties directly measured.

The first-of-its-kind demonstration was detailed this week in the journal Laser & Photonics Reviews.

Quelle: SD