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Erstmals klassisches Objekt teleportiert

Foto: Sedlacek
Teleportation. Foto: Sedlacek

Star Trek-Vision wird Wirklichkeit

(idw) „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. Erstmals klassisches Objekt teleportiert weiterlesen

Cyborg: Bundesforschungs-Ministerium fördert Mischwesen aus Maschine und lebendigem Organismus

Der “Cyborg” ist ein Mischwesen zwischen lebendigem “Organismus” und Maschine. Unter einem Cyborg versteht man eine Art Mensch-Maschine, das heißt einen Menschenkörper, in den künstliche, insbesondere elektronische Bausteine eingefügt worden sind.

(idw) Zwölf Jahre dauerte die Entwicklung: Nun hat ein interdisziplinäres Team von Netzhautchirurgen, Ingenieuren und Neurophysikern die weltweit erste vollständig in das menschliche Auge implantierbare Sehprothese erfolgreich bei sechs blinden Patienten eingesetzt. Das Bundesforschungsministerium (BMBF) hat die Entwicklung dieser Technik initiiert und seit 1995 mit mehreren Millionen Euro maßgeblich gefördert. Von Beginn an trug die Arbeitsgruppe Neurophysik der Philipps-Universität entscheidend zur Entwicklung bei.

Ungefähr 3 Millionen Menschen, darunter 10 000 in Deutschland, leiden unter Retinitis pigmentosa. Bei dieser Augenerkrankung schwindet die Sehfähigkeit aufgrund des Absterbens von Netzhautzellen stetig bis zur Erblindung. Allerdings bleibt in der Regel ein Teil der Nervenzellen, die visuelle Information zum Gehirn weitertragen, intakt. Hier können Sehprothesen ansetzen. Die ins Auge implantierten Mikrochips lösen durch elektrische Reizung Signale in den Nervenzellen aus, die die Patienten dann als Seheindrücke wahrnehmen. Ingenieure der RWTH Aachen und des Duisburger Fraunhofer Instituts für Mikroelektronische Schaltungen und Systeme haben zusammen mit den Augenkliniken Aachen und Essen und der Arbeitsgruppe Neurophysik an der Philipps-Universität Marburg jetzt für diese Krankheit eine EPIRET3 genannte Sehprothese entwickelt. Ihre Besonderheit liegt darin, dass sie weltweit als einziges System drahtlos funktioniert. Sie wird vollständig in das Auge implantiert und muss nicht, wie andere Retina-Implantate, mit Kabelverbindungen von außen versorgt werden. Dies reduziert die Operationszeit, vereinfacht die Handhabung und senkt die Belastungen für die Patienten.

Die neue Sehprothese wurde sechs freiwilligen Patienten der Universitäts-Augenkliniken in Aachen und Essen eingesetzt. Alle Patienten waren seit mehreren Jahren erblindet. Während einer vierwöchigen Testphase untersuchten die Wissenschaftler der AG Neurophysik der Philipps-Universität (Dipl. Biol. Susanne Klauke, Dr. Thomas Wachtler, Prof. emer. Dr. Reinhard Eckhorn und der Leiter der AG, Prof. Dr. Frank Bremmer) die Wahrnehmungen der Patienten mit verschiedenen elektrischen Testreizen. Bei allen Patienten wurden Seheindrücke ausgelöst, und sie konnten verschiedene Reizmuster unterscheiden. Nach diesem Erfolg besteht der nächste Schritt darin, die Implantationsdauer zu verlängern und die Operationstechnik weiter zu verbessern. Damit sich die Patienten mit der Prothese in ihrer Umwelt zurechtfinden können, muss das System künftig noch mit einer Kamera gekoppelt werden, die per Funk Signale an das Implantat sendet.

Nachdem sich diese Methode bei den ersten Patienten als wirksam und sicher erwiesen hat, haben mehrere Medizintechnikfirmen eine Firma gegründet, die jetzt ein marktfähiges Retina-Implantat entwickeln wird. Die AG Neurophysik wird auch an dieser Weiterentwicklung maßgeblich beteiligt sein. Durch diese Weiterentwicklung könnte die Prothese in einigen Jahren mehr Patienten verfügbar gemacht und auch zur Behandlung der fortgeschrittenen altersbedingten Makuladegeneration eingesetzt werden. Diese stärker verbreitete Augenkrankheit ist für etwa die Hälfte der Fälle von Altersblindheit verantwortlich.

In der Science Fiction Geschichte “Paradisienne” besitzt der Verkaufsleiter Penthilos Hades eine Hippocampus-Prothese, d.h. einen Chip, der einen Teil seiner Gehirnfunktion übernimmt. Er ist damit nach gängiger Definition ein Cyborg. Die Prothese verändert seinen Charakter und führt zu verbrecherischem Handeln.

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Science Fiction wird Alltag: Die Roboter sind da!

WISSEN DER ZUKUNFT berichtet über das Wunderwelt Wissen.

(prcenter.de) Von Andreas Schultheis

Frankfurt/Berlin – Roboter haben den modernen Lebens- und Arbeitsalltag des Menschen erobert. Sie montieren Autos, übernehmen Hausarbeiten, spielen Fußball mit den Kindern. Fast scheint es, dass der Traum vom allzeit willigen Helfer, den Literatur und Science-Fiction seit Jahrhunderten ausgemalt haben, Realität geworden ist. Wie aus Träumen Wirklichkeit wurde, dokumentiert das Frankfurter Museum für Kommunikation https://www.museumsstiftung.de mit seiner Ausstellung „Die Roboter kommen!” Musikautomaten aus dem 18. Jahrhundert, legendäre Werberoboter der 1950er Jahre und moderne Forschungsroboter, darunter der humanoide Roboter „Armar II”, veranschaulichen die Entwicklung.

Moderne Serviceroboter, die staubsaugen oder die Geschirrspülmaschine ausräumen können, sehen wie freundliche Hausgenossen aus. Gerade erst hat Toyota https://www.toyota.com einen Geige spielenden Roboter vorgestellt, der zeigt, wie die elektronische Welt von morgen aussehen könnte. Dabei ist Toyota nicht allein mit seinen Planungen, sondern hat im eigenen Land eifrige Konkurrenten: „Lange führte dabei Honda die Entwicklung von humanoiden Robotern an: Vor über 20 Jahren startete der Auto- und Motorradhersteller ein bis vor Kurzem viel belächeltes Roboterprogramm. Inzwischen kann sein humanoider Roboter Asimo laufen, die Hand geben und soll bereits in den kommenden Jahren als Bote in Büros arbeiten”, berichtet Focus Online https://www.focus.de. Auch „Nissan stellte auf der Tokyo Motor Show einen fußballgroßen Roboterkopf vor, der in das Armaturenbrett seines Konzeptautos Pivo 2 eingebaut war. Der Kopf soll mit dem Fahrer plaudern und ihm bei Müdigkeit Restaurants für eine Pause vorschlagen”, so das Magazin.

Sprechende Assistenzsysteme scheinen auf dem Vormarsch, auch in der Unternehmens-kommunikation, wie das Beispiel Daimler belegt. Der Personal Assistant ist hier eine Vermittlungs- und Assistenzanwendung für das Personal Information Management der Konzernmitarbeiter. Sie verwirklicht ein so genanntes One-Number-Konzept für die ständige Erreichbarkeit der Mitarbeiter und den Wechsel von der Festnetztelefonie auf Vermittlungs- und Assistenzdienste. Realisiert wurde diese Anwendung vom Berliner Unternehmen SemanticEdge https://www.semanticedge.de: „Selbst wenn man den Namen eines Geschäftspartners gerade nicht weiß, kann man über eine Suchfunktion mit der Eingabe von Branche und Standort die gewünschte Verbindung aufbauen”, erklärt SemanticEdge-Geschäftsführer Lupo Pape. Per Spracheingabe könnten die Mitarbeiter eine Routing-Funktion nutzen, alle Anrufe umleiten, so dass sie auf einer bestimmten Nummer zu erreichen sind. Sprachverarbeitende Technologie, davon ist auch der Berliner Zukunftsforscher Norbert Bolz überzeugt, wird in den nächsten Jahren eine wachsende Rolle spielen. „Wenn Sie auf Ihr Auto zugehen und können es öffnen und starten, indem Sie es ansprechen, das lässt sich niemals überbieten”, erläutert er einen alten Traum der Zivilisation. „Ich persönlich kenne überhaupt keinen Zukunftsforscher oder Technologen, der Zukunftsszenarien entwickelt und nicht davon ausgehen würde, dass die Stimme letztlich das ultimative Interface ist”, sagte Bolz bei den diesjährigen Bonner Voice Days https://www.voicedays.de.

Die KI-Forschung und speziell die Robotik gelten weltweit als Zukunftsmarkt. „6,9 Mrd. Euro setzte allein die deutsche Roboterwirtschaft 2005 mit ihren Produkten um. Außerhalb der industriellen Fertigung gelten Serviceroboter als Wachstumsbereich”, analysiert die Zeitschrift Technology Review. Die Begeisterung für Robotertechnik erinnert Microsoft-Gründer Bill Gates an die Zeit, als er und sein Partner Paul Allen davon träumten, dass irgendwann auf jedem Schreibtisch und in jedem Haus ein Computer stehen könnte. Gates könne sich eine Zukunft vorstellen, in der roboterähnliche Geräte zu einem fast allgegenwärtigen Bestandteil des täglichen Lebens werden. Für den Sprachdialogexperten Pape sind das keine Hirngespinste. Bereits heute existierten die dafür notwendigen Technologien wie dezentrales Rechnen, Sprach- und Mustererkennung. Drahtlose Breitbandverbindungen könnten die Tür zu einer neuen Generation selbständiger Geräte öffnen, die Aufgaben für Menschen erledigen. „Da liegt allerdings noch ein weiter Weg vor uns. Für Maschinen ist es sehr schwierig, sich in einem Raum zu orientieren, auf Geräusche zu reagieren, Sprache zu interpretieren und Gegenstände zu ergreifen, die höchst unterschiedlich sind”, sagt Pape im Gespräch mit dem Online-Magazin NeueNachricht https://www.ne-na.de. Eine funktionierende Spracherkennung werde unverzichtbar sein, um Roboter im Alltag einzusetzen, etwa in der Altenpflege oder bei der Unterstützung behinderter Menschen.

Science Fiction oder Wissenschaft: Wann wird Beamen Realität?

Wissen Sie Bescheid ob Beamen möglich ist? Hier jetzt die Antwort!

War Beamen vor Jahrtausenden schon einmal Realität? Konnten sich etwa Druiden von einem Dolmen zum anderen teleportieren? Oder wird bald Realität, was in der Science-Fiction Literatur steht? Dazu ein Zitat aus einem Zeitreiseroman zum Thema Beamen (Teleportation). Der Buch-Titel: “Professor Allman – Auf der Suche nach der Weltformel” :

Nach zwei Stunden hat Pinchin erneut zwei Hunde verbraucht. Dem einen fehlen nach der Teleportation die Vorderläufe und bei dem anderen wächst der Schwanz aus dem Kopf, während die Ohren den Platz des Schwanzes einnehmen.
Pinchin flucht fürchterlich und fummelt an seinem Pinchinmat herum. „Ich muss den Fehler finden, ich will es!“ Er ändert einige Einstellungen und beginnt einen weiteren Versuch. „Jetzt muss es klappen!“ murmelt er mit verbissenem Gesicht.

Teleportation auch Beamen genannt, bezeichnet die Bewegung eines Objektes von einem Punkt der Einsteinschen Raumzeit zu einem beliebigen anderen Punkt der Raumzeit, ohne dass das Objekt dabei physisch den dazwischen liegenden Raum durchquert.

Was bisher immer als Science Fiction galt, schien vor wenigen Jahren Realität zu werden. Im Sommer 2004 meldete der Spiegel-Online: Forscher beamen Photonen über die Donau

Was ist dran am Beamen? Können wir uns bald wie Spok und Scotty ins Raumschiff hochbeamen? Die folgende Überlegung sorgt für Klarheit:

Bei der realen Übertragung von Teilchen im Rahmen einer Teleportation geht man von etwa 1 Kilobyte Information aus, die in Bruchteilen von Sekunden gespeichert und übertragen werden. Für den Transport eines Menschen errechnet sich daraus eine Datenmenge von etwa 10 · 10
19 Terabyte. Diese Datenmenge ist aber so unvorstellbar groß, dass die reale Teleportation eines Menschen noch sehr lange ein Wunschtraum bleiben wird. Innerhalb der Quantenphysik sind Teleportationen nur mit einzelnen Quantenteilchen möglich.

Dazu folgender Beitrag aus “Nature Physics”: Wissenschaftler der Universität Heidelberg, University of Science and Technology of China und der TU Wien berichten die experimentelle Übertragung eines unbekannten Quantenzustandes mit zwischenzeitlicher Speicherung

In der  Ausgabe von “Nature Physics” vom 20. Januar berichten Wissenschaftler der Universität Heidelberg, University of Science and Technology of China und der TU Wien die experimentelle Übertragung eines unbekannten Quantenzustandes mit zwischenzeitlicher Speicherung. Autoren sind Yu-Ao Chen, Shuai Chen, Zhen-Sheng Yuan, Bo Zhao, Chih-Sung Chuu, Jörg Schmiedmayer und Jian-Wei Pan.

Quantenzustände (Quanten-Bits) sind äußerst sensitiv gegenüber Störung. Verschiedene physikalische Systeme haben dabei unterschiedliche Vorteile bei der Übermittlung, Manipulation und der Speicherung von Quantenzuständen. Photonen (Lichtteilchen) sind zum Beispiel hervorragend geeignet für die Kommunikation von Quantenzuständen. Sie sind schnell und robust, jedoch extrem schwer zu speichern. Atomare Ensembles hingegen sind sehr langlebig und können für die Speicherung von Quantenzuständen verwendet werden. Ihre Präzision und lange Kohärenzzeit bilden die Grundlage für moderne Atomuhren. Die Verknüpfung dieser beiden Systeme galt lange als eine große Herausforderung.

In “Nature Physics” berichtet das Team die experimentelle Übertragung eines unbekannten Quantenzustandes mit zwischenzeitlicher Speicherung. Dabei wird mit Hilfe von Quanten-Teleportation der Zustand eines Photons auf einen atomaren Quantenspeicher übertragen, wo er im atomaren Ensemble für bis zu acht Mikrosekunden gespeichert und anschließend wieder ausgelesen und auf ein Photon übertragen wird. Eine solche Schnittstelle, die die Übertragung von Quantenzuständen von Licht auf Materie und die anschließende Rückübertragung ermöglicht, ohne dabei den Quantencharakter der gespeicherten Information zu zerstören, ist ein wesentlicher Bestandteil eine zukünftigen Quantentechnologie.

Wie kann dieses Ziel erreicht werden?

In der klassischen, makroskopischen Welt ist es ohne weiteres möglich, Informationen zu kopieren und zu senden, so zum Beispiel mit einem Fax-Gerät. In der mikroskopischen Quantenwelt ist dies jedoch nicht möglich. Quanteninformation kann nicht kopiert und nur transferiert werden, wenn dabei das Original zerstört wird. Wie jedoch ist diese Übertragung eines Quantenzustandes zwischen zwei Orten zu erreichen?

Bei der Quanten-Teleportation wird ein unbekannter Zustand zu einem anderen Ort transferiert, ohne dass im Laufe des Vorgangs jegliche Kenntnis über den Zustand gewonnen wird. Dies ist eines der faszinierenden Beispiele dafür, wie Quanten-Verschränkung für reale Anwendungen verwendet werden kann, die in zahlreichen Quanten-Kommunikations- und -Algorithmen-Protokollen Verwendung finden.

Sowohl die Quanten-Teleportation als auch der Quanten-Speicher sind bereits in so genannten “proof-of-principle”-Experimenten gezeigt worden. Jedoch die Implementierung einer Quanten-Teleportation von photonischen Qubits mit integriertem Speicher war bis heute nicht möglich.

Im Experiment verwenden die Wissenschaftler photonische Qubits als Datenträger; die Quanten-Information ist codiert im Polarisationsfreiheitsgrad der Photonen. Als Quanten-Speicher dient der kollektive Spin-Zustand eines ultrakalten Ensembles von etwa einer Millionen Rubidium-Atomen. Zunächst wird eine Verschränkung zwischen dem Polarisationszustand des Photons und dem Zustand des Quanten-Speichers erzeugt. Diese Atom-Photon-Verschränkung dient als Ressource für die Teleportation eines unbekannten photonischen zu einem atomaren Qubit. Dies geschieht mit Hilfe einer so genannten “Bell-Zustands-Messung” zwischen dem zu teleportierenden Photon und dem Photon, das zuvor mit dem atomaren Ensemble verschränkt wurde. Der teleportierte Zustand kann nun im kollektiven Zustand des atomaren Ensembles gespeichert und nach bis zu acht Mikrosekunden erfolgreich wieder ausgelesen werden.

Die erfolgreiche Teleportation wird mit Hilfe der experimentell bestimmten Reinheit des finalen Zustandes verifiziert, die größer ist als das klassische Limit von zwei Dritteln.

Das beschriebene Experiment trägt nicht nur zum fundamentalen Verständnis moderner Physik bei, sondern ist darüber hinaus ein bedeutender Schritt in die Richtung effizienter und skalierbarer Quanten-Netzwerke. (Quelle: idw)