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Chinesen und Österreichern gelingt erstmals interkontinentale Teleportation

Chinesische Physiker haben gemeinsam mit ihren Kollegen aus Österreich erstmals Quantenzustände über Kontinente hinweg teleportiert.

Der Präsident der chinesischen Akademie der Wissenschaften Chunli Bai und sein österreichischer Amtskollege Anton Zeilinger hielten eine interkontinentale Videokonferenz ab, bei der die Datenübertragung zwischen Peking und Wien erstmals mit Hilfe von Quanteneffekten verschlüsselt und dadurch völlig abhörsicher war.  

 China ist das erste Land, das Quantenschlüssel - hochkomplexe Verschlüsselungen - von einem Satelliten auf eine Basis auf der Erde sendet und Lichtpartikel in die andere Richtung teleportiert.

Die Errungenschaften sind zwei wichtige Durchbrüche in dem Bestreben, ein unvergleichbares globales Kommunikationsnetzwerk zu schaffen.

Die beiden Experimente markieren die Fertigstellung des zweiten und dritten der drei Hauptziele von Micius, dem weltweit ersten Quantenkommunikationssatelliten, den China im letzten Jahr eingeführt hat.

Das erste Ziel, mehr als jemals zuvor verstrickte Lichtteilchen zu verschicken, wurde im Juni erreicht. Verschränkung ist ein Phänomen, bei dem sich zwei oder mehr Teilchen unabhängig von der Entfernung gegenseitig beeinflussen können. Verschlungene Teilchen können nicht unabhängig voneinander beschrieben werden.

Bai Chunli, Präsident der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, sagte, China sei heute Weltmarktführer bei Quanten Kommunikationstechnologien und arbeite mit Wissenschaftlern aus Österreich, Deutschland und Italien zusammen. Er sagte, Micius werde weiterhin Experimente durchführen, bis seine erwartete Lebensdauer im nächsten Jahr ausläuft.

"Das Trio der Quantenexperimente wird für jedes globale weltraumgestützte Quanten-Internet von zentraler Bedeutung sein", sagte Karl Ziemelis, Chefredakteur der Naturwissenschaften bei Nature, in einem Videointerview. Das Magazin veröffentlichte am Donnerstag zwei Artikel über Chinas Durchbrüche.

"Sie sind Zeugnis von Chinas Investitionen und bedeutenden Anstrengungen in den Naturwissenschaften ... und haben die Forschung in der praktischen Quantenkommunikationstechnologie auf solche astronomischen Höhen gebracht."

Alle privaten Daten, von Bankkonten bis hin zu Bildern in sozialen Medien, sind durch "Schlüssel" geschützt, bei denen es sich um äußerst komplexe mathematische Codes handelt, die zwischen Nutzern und Unternehmen übertragen werden. Diese Codes können jedoch ausgenutzt werden, wenn ein Hacker diese Schlüssel während der Übertragung "abhört".

Quantenschlüssel verwenden Quantenphysik anstelle von Mathematik, um Daten zu verschlüsseln, so dass sie von herkömmlichen Computern nicht mehr zu hacken sind. Pan Jianwei, Akademiemitglied der Chinesischen Akademie der Wissenschaften und Chefphysiker hinter Micius, sagte, die Behörden seien alarmiert, wenn jemand versucht, zu belauschen.

"Dies wird wichtige Anwendungen in den Bereichen Regierung, Militär, Finanzen, Energie und in anderen Bereichen haben, in denen Sicherheit von höchster Bedeutung ist", fügte er hinzu.

Das Verteilen von Quantenschlüsseln ist jedoch schwierig, da das Senden über große Distanzen über Lichtwellenleiter oder tagsüber zu massiven Signalverlusten oder Störungen führt.

Im letzten Quantenschlüssel-Experiment strahlte Micius Photonen - einzelne Lichtteilchen - und schuf eine optische Verbindung mit der Sternwarte in Xinglong, Provinz Hebei. Bei einer Länge von 1.200 Kilometern entdeckten die Wissenschaftler, dass die Quantentastenverteilungseffizienz zwischen den beiden im Vergleich zu Glasfaserkabeln mit gleicher Länge um mehr als 100 Quin mal (1 gefolgt von 20 Nullen) verbessert wurde.

Micius produzierte und sendete während des Experiments etwa 300.000 Bits an Quantenschlüsseln. Eine praktische Verwendung für diese Schlüssel besteht darin, erweiterte Verschlüsselungen zu erstellen, die es Computern unmöglich ist, mit "Brute Force" zu hacken, einer Methode, bei der ein Computer alle möglichen Kombinationen eines Passworts errät.

"Kombinieren Sie die Rechenleistung der Welt, die etwa zwei zu 80 bis 100 macht, wird es noch Jahre dauern, bis sie die richtige Kombination erraten haben", sagte Pan.

Das zweite Experiment ist über eines der größten Geheimnisse der Quantenmechanik, bekannt als Quanten-Teleportation, sagte Ziemelis. In dem Experiment haben chinesische Wissenschaftler "spukhaft" ein Photon auf der Erde zu Micius im Raum übertragen, ohne dass der Gegenstand sich selbst bewegen müsste.

"Seine Wirkung ist wie der Star Trek Teleporter", sagte Pan. Es funktioniert, indem es ein Photon auf der Erde dekonstruiert und dann seine extrahierte Quanteninformation über verschränkte Verbindung an Micius 'Empfänger sendet. Dann lädt ein verschränktes Photon im Raum die Information herunter und übernimmt die vollständige Identität des Originals.

Dieses Experiment hätte einen großen theoretischen Forschungswert in der Quantenwissenschaft, sowie den Aufbau eines großen Quanteninternet- und Rechennetzwerks. Aber Wissenschaftler sind immer noch Jahrhunderte davon entfernt, einen Teleporter zu bauen, der fähig ist, etwas so biologisch komplexes wie Menschen zu übertragen, sagte Pan.

China plant auch, bis 2030 das weltweit erste globale Quantenkommunikationsnetzwerk zu errichten. Es besteht aus drei Hochorbit- und Dutzend-Quantensatelliten mit niedrigerer Umlaufbahn, die Dutzende von Bodenstationen und -netzen verbinden.

"Die endgültige Anzahl an Satelliten hängt jedoch von der Nutzung und den Marktbedürfnissen ab", sagte Pan. Außerdem seien weitere wichtige Hürden zu überwinden, wie z. B. das Verteilen von Quantentasten über die Kontinente tagsüber. Letzteres gelang erstmals im Juli durch China, als Micius tagsüber über 53 Kilometer weit strahlte.

Die Vereinigten Staaten und Japan haben auch Pläne für die Quantenkommunikation. Japan hat im Jahr 2014 einen Mikrosatelliten namens SOCRATES ins Leben gerufen und im Juli einen eigenen Quantenkanal-Test durchgeführt.

Micius ist jedoch ein viel größerer, vielseitiger Satellit, der verschiedene Experimente durchführen kann und mehr Erfolg hatte. "China wird das Quantenraumrennen für die nächsten fünf Jahre führen", sagte Pan. "Aber die Welt holt auch schnell auf."

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