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Weltrekord: Quantenteleportation über große Distanzen

Quantenteleportationsexperiment hat neuen Distanzrekord erzielt Foto IQOQI-Vienna

Physiker der Universität Wien und der Österreichischen Akademie der Wissenschaften haben mit einem Quantenteleportations-Experiment zwischen zwei kanarischen Inseln einen neuen Distanzrekord erzielt. Das Experiment ist ein wesentlicher Schritt in Richtung Satelliten-basierte Quantenkommunikation. Die Ergebnisse erscheinen aktuell im renommierten Fachmagazin “Nature” (Advance Online Publication/AOP).

Ein Team um Anton Zeilinger, Professor an der Universität Wien und Direktor des Instituts für Quantenoptik und Quanteninformation der Akademie der Wissenschaften (ÖAW), hat erfolgreich Quantenzustände über eine Distanz von 143 km von La Palma nach Teneriffa übertragen. Dies entspricht der Luftlinie zwischen Wien und Graz. Der alte Rekord, aufgestellt von Forschern in China, lag bei 97 km und war gerade erst ein paar Monate alt. Die Ergebnisse des internationalen Forscherteams sind aktuell in der internationalen Fachzeitschrift “Nature” veröffentlicht worden.

Dem Quanteninternet einen Schritt näher

Den Wissenschaftern ging es aber nicht primär um diesen Rekord: Ihre Experimente ermöglichen eine höhere Datenrate als das chinesische Experiment und könnten damit die Grundlage für ein weltumspannendes Informationsnetzwerk schaffen, in welchem es quantenmechanische Effekte ermöglichen, Nachrichten mit größerer Sicherheit auszutauschen und bestimmte Berechnungen effizienter durchzuführen als dies mit konventionellen Technologien möglich ist. In einem solchen zukünftigen “Quanteninternet” wird die Quantenteleportation ein zentrales Protokoll für die Übermittlung von Information zwischen Quantencomputern sein.

In einem Quantenteleportations-Experiment können Quantenzustände – nicht aber Materie – zwischen zwei Parteien über an sich beliebige Distanzen ausgetauscht werden. Der Prozess funktioniert selbst wenn der Ort des Empfängers nicht bekannt ist. Ein solcher Austausch kann entweder dem Übermitteln von Nachrichten dienen, oder in künftigen Quantencomputern eingesetzt werden. In solchen Anwendungen müssen jedoch die Lichtquanten (oder Photonen), welche die Quantenzustände kodieren, zuverlässig über weite Distanzen transportiert werden, ohne dass ihr empfindlicher Quantenzustand zerstört wird. Das Experiment der Wiener Physiker, in welchem sie eine für Teleportation taugliche Quantenverbindung über deutlich mehr als 100 km hergestellt haben, eröffnet nun neue Horizonte.

Quantenteleportation über große Distanz nun möglich

Xiao-Song Ma, einer der verantwortlichen Mitarbeiter dieser Studie erklärt: “Eine Quantenteleportation über eine Distanz von 143 km durchzuführen war eine enorme technische Herausforderung”. Die Photonen mussten direkt durch die turbulente Atmosphäre zwischen den beiden Inseln geschickt werden. Der Einsatz von Glasfasern für Teleportations-Experimente ist über diese Distanzen nicht möglich – der Signalverlust wäre zu groß. Um ihr Ziel zu erreichen, mussten die Wissenschafter eine ganze Reihe von technischen Innovationen aufbieten. Unterstützung haben die Wiener Physiker dabei von einer Theoriegruppe am Max-Planck-Institut für Quantenoptik in Garching (D) und von einer experimentellen Gruppe an der University of Waterloo (Kanada) erhalten. “Ein entscheidender Schritt zu unserer erfolgreichen Teleportation war eine Methode namens ‘Active Feed-Forward’, die wir zum ersten Mal in einem solchen Langstreckexperiment eingesetzt haben und dank der wir die Übertragungsrate verdoppeln konnten”, sagt Ma. Dabei werden parallel zur Quanteninformation konventionelle Daten geschickt, die es dem Empfänger wesentlich erleichtern, die transferierte Information zu entschlüsseln.

Nächster Schritt: Quantensatellit für weltumspannendes Experiment

“Unser Experiment zeigt, wie reif ‘Quantentechnologien’ heutzutage sind und wie nützlich sie für praktische Anwendungen sein können”, so Anton Zeilinger. Sein Blick ist nun nach oben gerichtet: “Der nächste Schritt ist Satelliten-basierte Quantenteleportation, womit dann Quantenkommunikation auf einer globalen Skala realisierbar sein sollte. Wir haben nun einen großen Schritt in diese Richtung genommen und werden unser Know-how in eine internationale Kooperation einbringen, an welcher auch unsere Kollegen von der Chinesischen Akademie der Wissenschaften beteiligt sind. Das Ziel ist, einen gemeinsamen Quantensatelliten ins All zu schießen.”

Rupert Ursin, der seit 2002 mit Zeilinger an Langstreckenexperimenten arbeitet, ergänzt: “Hinsichtlich zukünftiger Experimente in denen wir entweder Signale zwischen der Erde und Satelliten austauschen oder von einem Satelliten zu einem anderen schicken werden, sind unsere neuesten Resultate sehr ermutigend.” Die Umlaufbahnen von Satelliten im sogenannten “Low-Earth Orbit” verlaufen zwischen 200 bis 1200 km über der Erdoberfläche. (Die Internationale Raumstation ISS, zum Beispiel, kreist in einer Höhe von rund 400 km.) “Auf dem Weg durch die Atmosphäre von La Palma nach Teneriffa sind unsere Signale um ein rund Tausendfaches abgeschwächt worden. Trotzdem haben wir es geschafft, ein Teleportations-Experiment durchzuführen. In Satelliten-basierten Experimenten werden die Strecken, die wir zurücklegen müssen, zwar länger sein, aber es wird weniger Atmosphäre zu durchqueren sein. Wir haben nun eine grundsolide Basis für solche Experimente geschaffen.” (Quelle: idw; Foto: IQOQI/Vienna – Quantenteleportationsexperiment hat neuen Distanzrekord erzielt)

Buchtipp:
Der Widerhall des Urknalls: Spuren einer allumfassenden transzendenten Realität jenseits von Raum und Zeit

Privater Raumgleiter im All

Illustration: Sierra Nevada Corporation

Fünf Firmen arbeiten derzeit daran, für die USA ein neues bemanntes Raumschiff zu entwickeln, das in einigen Jahren in eine niedrige Erdumlaufbahn und zur Internationalen Raumstation fliegen soll. Darüber berichtet Eugen Reichl, Mitarbeiter bei einem großen europäischen Luft- und Raumfahrtkonzern, in der Novemberausgabe von “Sterne und Weltraum”

Kleiner Raumgleiter

Die Arbeiten laufen mit finanzieller Unterstützung der US-Raumfahrtbehörde NASA im Rahmen des Programms CCDev. Das Kürzel steht für „Commercial Crew Development” und dient dazu, die kommerzielle Entwicklung und den Betrieb bemannter Raumfahrzeuge in niedrigen Erdumlaufbahnen in Gang zu bringen. Dazu stellt die NASA nur Startkapital zur Verfügung, um Privatunternehmen freie Hand bei der Umsetzung ihrer Ideen zu geben. Bei den geförderten Firmen wird aber erwartet, dass sie zusätzlich zu diesem staatlichen “Saatgeld” in erheblichem Umfang Eigenmittel einsetzen. Bewusst fördert die NASA hierbei völlig verschiedenartige Lösungsansätze, um die technologische Vielfalt zu erhöhen.

Derzeit stehen den USA und damit der gesamten westlichen Welt für mehrere Jahre kein eigenes Transportsystem zur Verfügung, mit dem sich vom eigenen Territorium aus die Internationale Raumstation erreichen ließe. Stattdessen nutzen die westlichen Raumfahrer hierfür die Raumkapsel Sojus, deren Flüge sich die russische Raumfahrtbehörde Roskosmos gut bezahlen lässt. Privater Raumgleiter im All weiterlesen

Weltweit Einzigartiges im Technik Museum! Original Space Shuttle BURAN 002 zu besichtigen.

Wissen Sie wo Sie in Deutschland demnächst eine original Space Shuttle besichtigen können? Hier jetzt dazu ein Bericht !

Space Shuttle Buran 002
1988 wurde die BURAN in die Erdumlaufbahn geschossen, legte zwei Erdumrundungen zurück, und wurde in Baikonur / Kasachstan wieder sicher gelandet. Die Konstruktionsarbeiten für das russische Shuttle begannen in den 1970er Jahren. Die neue Raumfähre wurde BURAN genannt, was mit „Schneesturm” übersetzt werden kann. Ähnlich wie der russische Überschall-Passagierjet Tupolev 144 und die französisch / britische Concorde, die beide im Auto & Technik Museum Sinsheim ausgestellt sind, wurden auch die BURAN und der amerikanische Space Shuttle zur gleichen Zeit entwickelt, wobei die aerodynamischen Notwendigkeiten zu ähnlichen Rumpfkonstruktionen führten.

Die wichtigsten Unterschiede zwischen der russischen BURAN und dem amerikanischen Space Shuttle

Vergleich amerikanische und russische Space ShuttleObwohl sich die BURAN und das amerikanische Space Shuttle äußerlich sehr ähnlich sehen, gibt es technisch fundamentale Unterschiede. Beim US Space Shuttle wird der größte Teil der Schubkraft durch die eingebauten Triebwerke erzeugt, die beim Start durch Zusatzraketen unterstützt und durch einen Außentank mit Treibstoff versorgt werden. Die BURAN wurde dagegen mit einer riesigen ENERGIJA Rakete gestartet. Durch die Beschränkung auf kleine Manövriertriebwerke war die BURAN im Bau weniger aufwändig und konnte auch mehr Nutzlast ins All befördern. Des weiteren verfügte sie über bessere Segeleigenschaften, wodurch sie in der Lage war, fünf Tonnen mehr Nutzlast zur Erde zurück zu bringen. Die BURAN wurde außerdem im Gegensatz zum US Space Shuttle von Beginn an auch für unbemannte Missionen konzipiert. Vom US Space Shuttle wurden sechs Stück gebaut. Die Entwicklung des russischen Space Shuttle wurde nach dem ersten Flug ins All von Michail Gorbatschow eingestellt. Die amerikanischen Space Shuttles sind im Einsatz, und bilden das Rückgrat der Versorgungsflüge zur internationalen Raumstation ISS. Deshalb war die russische BURAN für das Technik Museum die einzige Möglichkeit, ein Space Shuttle zu erhalten, das als Museumsstück absolut einzigartig ist.

Der Weg der BURAN ins TECHNIK MUSEUM SPEYER

Buran 002 auf der StartrampeDie BURAN 002 im Technik Museum Speyer, wurde während der „Olympischen Spiele” 2000 in Sydney und anschließend in Bahrain ausgestellt. Mitglieder des Fördervereins der Technik Museen Sinsheim und Speyer wurden auf den Raumgleiter aufmerksam und informierten das Museumsteam über alle Entwicklungen rund um die BURAN. Die Technik Museen Sinsheim und Speyer sind private Museen, die von einem gemeinnützigen Verein (weltweit über 2000 Mitglieder) getragen werden, und sich ausschließlich aus Eintrittsgeldern und Spenden finanzieren. Dank der Unterstützung durch die Vereinsmitglieder ist es jetzt gelungen, die BURAN zu erwerben, und auf den Weg ins Technik Museum Speyer zu bringen. Anfang März 2008 wurde die BURAN in Bahrain auf ein Hochseeschiff verladen. Zielhafen in Europa ist Rotterdam. Von dort wurde das Shuttle dann rheinaufwärts auf einem Lastenponton nach Speyer gefahren. Ab Mitte des Sommers, wenn die eigens für Buran gebaute neue Museumshalle fertig ist, wird das Space Shuttle zu besichtigen sein.