Werk:Die zweite Quantenrevolution (Hector Fellow Academy Symposium 2018)
57.076 Aufrufe 21.10.2022
Von Quantenrätseln zur Quanteninformation und Quantenkommunikation
Anton Zeilinger, Nobelpreisträger für Physik 2022, hat beim Symposium der Hector Fellow Academy 2018 „Die zweite Quantenrevolution“ in seinem Vortrag „Von Quantenrätseln zur Quanteninformation und Quantenkommunikation“ die Grundlagen der Quantenphysik und ihre Anwendungen in der Quantenkommunikation vorgestellt, dem Tor zu einer neuen Informationstechnologie.
Der österreichische Quantenphysiker Anton Zeilinger, emeritierter Professor an der Universität Wien, erhält 2022 den Nobelpreis für Physik zusammen mit dem französischen Physiker Alain Aspect und dem US-Physiker John F. Clauser u.a. für seine bahnbrechenden Experimente mit verschränkten Quantenzuständen. Aus diesem Anlass veröffentlicht die Hector Fellow Academy Anton Zeilingers Vortrag vom Symposium 2018 in München (Audio mit Fotos vom Event).
Die jährlich stattfindenden Symposien der Hector Fellow Academy zielen darauf ab, aktuelle wissenschaftliche Fragestellungen in einen gesellschaftspolitischen Kontext zu stellen. In Vorträgen renommierter Redner*innen aus Wissenschaft, Politik und Wirtschaft werden Brücken zwischen den Forschungsthemen der Hector Fellows und den zentralen Herausforderungen unserer Zeit geschlagen. Diskussionsrunden fördern den Dialog zwischen Wissenschaft und Öffentlichkeit und tragen dazu bei, zukunftsweisende Diskurse anzustoßen.
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Transkript
So, wvielen Dank für die nette Einführung. Es ist ja nicht alles gesagt in diesem Buch, aber gut, wir werden uns bemühen. Ich möchte mich ganz herzlich bedanken für die Einleitung bei dir, Immanuel, und natürlich auch bei dem Stifter, Herrn Hector. Freut mich, Sie so kennenzulernen. Ja, mir wurde gesagt, ich soll sozusagen eine Einführung auch geben und ein wenig über Quanteninformation, Quantenkommunikation usw. sprechen. Hier steht von Quantenrätseln, das war in dem Buch nicht ganz drinnen, aber das sollte man vielleicht noch ergänzen. Da gibt es ein Präsenter, sehr wunderbar.
Dieses Ding, das Sie da sehen, ist ein Teleskop, das steht auf den Kanarischen Inseln. Das Teleskop wurde nicht gemacht, um diesen Sternenhimmel zu beobachten, sondern um optische Kommunikation zu testen, mit Satelliten, optische Kommunikation mit Laserlicht. Wir verwenden dieses Teleskop für optische Kommunikation mit Einzelfotonen mit Quantenzuständen.
Um ein bisschen den Background ihnen zu sagen, wir sprechen davon, dass im Jahr 1900 und unmittelbar danach die Quantenphysik begonnen hat mit Max Planck und Albert Einstein, der einen wesentlichen Beitrag geleistet hat, und dann begann in den 30er Jahren eine Debatte, was das Ganze bedeuten soll. Was das Ganze wirklich heißt für unser Verständnis der Welt.
Wobei ich sagen möchte, die Quantenphysik ist eine wunderschöne Theorie, ist wahrscheinlich die schönste theoretische Beschreibung, die wir je gefunden haben. Fantastische mathematische Schönheit, unglaublich präzise und so weiter. Das heißt, ich möchte bitte nicht den Eindruck erwecken, dass wir diese Theorie in irgendeiner Form bezweifeln. Das ist überhaupt keine Diskussion. Sondern es geht darum, was das letztlich bedeutet. Ich werde darauf noch ein wenig zu sprechen kommen.
Das waren damals Experimente mit einzelnen Teilchen, die konnte man nicht machen. Also hat man über Gedankenexperimente diskutiert. Und ab den 70er Jahren wurden solche Experimente möglich. Und die wurden, und das möchte ich jetzt ganz stark unterstreichen, die frühen Experimente wurden nur gemacht aus Neugierde, aus Kuriosität. Ist die Natur wirklich so verrückt, wie es uns die Theorie sagt?
Und die Antwort ist ja, sie ist nicht nur so verrückt, sondern plötzlich seit den 90ern diese verrückten Eigenschaften, die niemand erwartet, kann man für etwas Neues verwenden, für eine neue Technologie. Und daher sprechen wir von der von dir erwähnten zweiten Quantenrevolution. Schlagwörter hier sind Quantencomputer, da werden Sie von Herrn Blatt noch mehr hören, Quantenkommunikation, Quantenteleportation, Kryptografie und so weiter.
Und diese Folie ist bereits ungefähr, diese Aufstellung habe ich vor ungefähr zehn Jahren gemacht. Und ich habe damals geschrieben, ab dem Jahr 2020 haben wir das Zeitalter der Quanteninformation. Wir können dann von einem Quanten-Internet sprechen. Und recht habe ich gehabt. Wir sprechen wirklich jetzt zumindest schon einmal von einem Quanten-Internet.
Ich möchte eines sagen, das ist ein öffentlicher Vortrag. Es gab so viele wunderbare Experimente. Es ist mir völlig unmöglich, alle zu erwähnen. Auch von Kollegen und so weiter und so fort.
Als nächstes zu den Gedankenexperimenten. Hier ist ein Bild eines Gedankenexperimentes, wo Gedanken heißt, die konnten das damals noch nicht machen. Wo Einstein und Bohr über den den sogenannten Doppelspalt diskutiert haben. Dieses Bild wurde von Nils Bohr verfertigt, in seiner Niederschrift der Debatte mit Einstein. Übrigens, das kann man lesen, das ist ohne Gleichungen, wirklich sehr gut geschrieben. Dieses Bild wurde von Nils Bohr verfertigt, beide waren theoretische Physiker, Einstein und Bohr.
Und was mir als Experimentator so gefällt, schauen Sie, der hat sogar die Schrauben gezeichnet, der wusste, was in einem Experiment wichtig ist. Das Zeug muss zusammenhalten, sonst funktioniert es nicht. Worum geht es hier ganz einfach?
Hier haben wir von links Licht eintreten, aber es geht auch mit Materieteilchen, es geht auch mit großen Molekülen und so weiter. Dieses Licht kann durch zwei Spalte treten. Und wenn wir hier einen Beobachtungsschirm haben, dann sehen wir helle und dunkle Streifen. Und die kommen daher, dass die Wellen, die durch die beiden Spalte treten, einander überlagern. An manchen Orten löschen sie sich aus, an manchen Orten verstärken sich diese Wellen gegenseitig.
Und Einstein war derjenige, der die Idee des Lichtteilchens geboren hatte und die Frage war, ob dieses Phänomen auch auftreten würde mit einzelnen Teilchen. Oder wie ist es zu betrachten, wenn wir dieses Experiment mit Teilchen durchführen. Und Einstein meinte, dass man in diesen Experimenten, wo die Welle zur Beschreibung dient, um das Interferenzbild zu bekommen, das nennt man Interferenzbild, es durchaus möglich wäre, für jedes einzelne Teilchen herauszufinden, durch welchen Spalt es getreten ist. Und dann hätten wir ein Problem, weil das Phänomen tritt ja nur auf, wenn die Wellen von beiden Teilchen zusammentreffen und andererseits das Teilchen selber soll durch einen der beiden durchgehen.
Und Bohr konnte nachweisen, dass beides nie, nicht perfekt möglich ist. Ich kann entweder entscheiden, dass sich das Ding wie eine Welle verhält, also hier schöne Interferenzen zeigt, oder wie ein Teilchen, also durch diesen oder durch diesen Spalt durchtritt.
Die moderne Sprechweise ist die, und das ist jetzt wichtig, dass dieses Wellenbild, dieses Interferenzbild nur dann auftritt, wenn keine Information irgendwo im Universum vorhanden ist, die es uns gestatten würde, herauszufinden, ob das Teilchen hier oder hier durchgegangen ist. Wenn diese Information nicht da ist, jetzt verwende ich zum ersten Mal das Wort Information, tritt das Interferenzbild ab. Und meine Auswahl des Experiments entscheidet, welches Experiment ich mache, ob sich die Welle oder das Teilchen manifestiert.
Hier nochmal Einstein, 1905. Ich hatte es schon erwähnt, Einstein hat das Bild von Lichtteilchen eingeführt im Jahr 1905. Und er hat das in einem Brief an seinen Freund Habich, da gab es diese Academia Olympia von drei Leuten, Habich war einer von den dreien, Besso war der zweite, Einstein der dritte.
In einem Brief von Habich hat er gesagt, diese Idee ist sehr revolutionär. Und das ist interessanterweise die einzige seiner Ideen, soweit bekannt ist, die er selber als revolutionär bezeichnet hat. Wegen genau dieser Probleme, die ich vorher erwähnt habe. Und er sagt dann auch, er bekam dafür ja auch den Nobelpreis und nicht für die Relativitätstheorie, aus verschiedenen anderen Gründen. Und er hat gesagt, ich möchte den Rest meines Lebens damit verbringen, darüber nachzudenken, was Licht ist.
Nun, diese Idee wurde am Anfang in der Scientific Community, wie man heute sagt, abgelehnt, wurde nicht akzeptiert, auch von Planck selber. Und es dauerte einige Zeit, bis die, bis es angenommen wurde.
Hier ist ein Beispiel. Der Brief, der geschrieben wurde im Jahr 1913, zur Aufnahme Einsteins in die Preußische Akademie der Wissenschaften. Man muss dazu sagen, dass das verbunden war mit einer sehr guten Stellung. Man musste nichts lernen, man wurde gut bezahlt und so weiter.
Und hier schreiben vier Leute, die das unterschrieben haben, immerhin blank mit dabei, dass er in seinen Spekulationen gelegentlich auch einmal über das Ziel hinausgeschossen haben mag, wie zum Beispiel in seiner Hypothese der Lichtquanten, wird man ihn nicht allzu schwer anrechnen dürfen. Denn ohne einmal ein Risiko zu wagen, lässt sich auch in der exaktesten Naturwissenschaft keine wirkliche Neuerung einführen. Heute kann man darüber schmunzeln, das war 1913. Allerdings, und das ist wirklich die Stärke der Naturwissenschaft, man muss sich vorstellen, 1913 wurde das noch abgelehnt und 1921 bekommt er dafür den Nobelpreis.
Und das ist die Stärke der Naturwissenschaften, dass die experimentelle Evidenz, die dann auftritt, das wurde dann in verschiedenen Experimenten bewiesen, dass das tatsächlich so ist, ermöglicht, dass alle ihre Meinung, oder fast alle, ein paar Leute gibt es, die das bis heute noch nicht glauben, aber das ist eine Nebenbemerkung, alle ihre Meinung ändern. Und das ist wirklich etwas Fantastisches an dem, was wir machen.
Hier die erste Verbindung zu Quanteninformation. Historisch eindeutig die erste. Es war ein gewisser Herr Steven Wiesner, hat die Idee gehabt im Jahr 1970 und konnte sie lange nicht publizieren. Erst 1983 über die Vermittlung von Charlie Bennett, hatte die Idee gehabt im Jahr 1917 und konnte sie lange nicht publizieren. Erst 1983 über die Vermittlung von Charlie Bennett, einem der führenden theoretischen Physiker auf dem Gebiet der Quanteninformation, war es möglich, das zu publizieren.
Er hat gesagt, ich weiß, wie man Geld macht, das nicht kopiert werden kann. Das grundsätzlich nicht kopiert werden kann. Und zwar sagt er, das kann man dadurch machen, dass man die Nummer auf dem Geldschein nicht als normale Zahlen druckt, sondern als Quantenzustände, als Quantenbits, sogenannte Quantenbits. Das habe ich hier versucht ein bisschen zu formulieren, ein bisschen zu zeichnen.
Das Interessante ist, warum funktioniert das? Weil man die Quantenbits nur dann auslesen kann, wenn man weiß, in welcher Weise sie kodiert sind sozusagen. Wenn man das nicht weiß, für die Physiker, wenn man weiß, in welcher Basis sie definiert sind. Wenn man das nicht weiß, kann man die Nummer nicht auslesen und man liest sie falsch aus, zerstört sie damit und damit ist das Quantengeld weg. Das ist hochinteressant. Für die Kollegen, die Idee ist, das enthält bereits das No-Cloning-Theorem, nämlich das Theorem, dass man einzelne Quantenzustände, das wären Photonenzustände, Polarisation des einzelnen Photons, enthält das No-Cloning-Theorem, enthält den Zufall als Grund, als Grundidee und die sogenannte Quantenkomplementarität.
Nun, zum Vergleich klassischer Information und Quanteninformation.[1] Rechts für den Physiker ist Information immer im Zusammenhang damit zu denken, wie sie physikalisch repräsentiert wird. Wie sie in einem Computerrepositorium repräsentiert wird oder auch sonst wo.
Hier ist eine mögliche Repräsentation eines Bit's. Ein Bit an Information, ein Lichtschalter, der ist entweder an oder aus, ist entweder, der Wert, Bitwert 0 oder 1. Und das ist natürlich im Computer genau das gleiche, es sind halt andere physikalische Zustände. Und das Wichtige muss sein, dass diese beiden Zustände sehr gut voneinander unterscheidbar sind und dass sie nicht von selber ineinander übergehen, weil sonst funktioniert die Speicherung von Informationen nicht.
Im Gegensatz dazu, das sogenannte Quantenbit, oder auch Qubit genannt, erfunden von Ben Schumacher der Name, auch einer der alten Pioniere auf dem Gebiet, ein Quantenbit wäre sozusagen in beiden Zuständen irgendwie gleichzeitig. Es ist in einer Überlagerung von 0 und 1. Es ist in einer Überlagerung von 0 und 1.
Es wäre falsch zu sagen, dass es sozusagen beides gleichzeitig ist. Genauso wie es falsch wäre zu sagen, vorher bei dem Doppelspalt, das Teilchen geht durch beide Spalte.
Sondern man hat keine Information darüber. Es gibt keine Information irgendwo, nicht einmal die Möglichkeit, Informationen zu gewinnen, welche der beiden der Fall ist. Dann haben wir sozusagen 0 und 1 gleichzeitig und das nennen wir Superposition – Überlagerung.
Und Sie können sich schon vorstellen, dass damit neue Möglichkeiten eröffnet werden, Informationen zu speichern. Anfangs glaubte man, dass das nur a Störung ist, das Ganze nicht wirklich funktioniert. Eine der Geschichten, die für Quantenzustände wichtig sind, ist der sogenannte reine Zufall, den Einstein nicht mochte. Er sagte, das ist eine berühmte Aussage, Gott würfelt nicht. Genau genommen sagt er, der Alte würfelt nicht. Er hatte offenbar ein gutes persönliches Verhältnis mit dem lieben Gott. Und das so zu sprechen.
Gut, worum geht es hier? Wenn wir da nochmal zurückgehen, wenn wir einen Qubit in einer Überlagerung haben und dann hinsehen und fragen, was bist du? Dann kriegen wir entweder 0 oder 1. Und das vollkommen zufällig. Dafür gibt es keine Ursache, die man angeben kann.
Wir Physiker sind wirklich überzeugt, dass das nicht nur etwas ist, das wir noch nicht wissen, sondern das ist reiner Zufall. Genauso wie der Zerfall eines radioaktiven Atoms, eines einzelnen und so weiter und so fort. Einstein mochte das nicht. Und Nils Bohr soll ihm geantwortet haben, hören Sie endlich auf, dem Herrgott Vorschriften zu machen, wie er die Welt betreiben soll. Finde ich gut. Ich glaube, der Einzige, der sich das leisten könnte, dem Herrgott Vorschriften zu machen, ist Einstein.
Das interessante jetzt ist, und das ist die Lehre, das ist der erste Punkt, etwas, das verblüffend ist, wie kann es etwas geben, nämlich das quantenmechanische Einzelereignis, das vollkommen zufällig ist. Wie kann es so etwas geben? Das ist eigentlich schon interessant.
Das führt heute zu neuen technischen Anwendungen. Es gibt die Möglichkeit Zufallszahlen zu erzeugen, mit Hilfe der Quantenmechanik, ein technologischer Schritt, der jetzt im Laufen ist, der demnächst, glaube ich, offiziell wird, ist der Randomness Pick-On. Das heißt, das NIST, das Nationale Standardinstitut in den USA, das ja genauso wie andere wie etwa die PTB, etwa die absolute Urzeitständik broadcasten überall hin, werden jetzt Zufallszahlen broadcasten, die aufgrund der Quantenmechanik erzeugt wurden. Also eine unmittelbare Anwendung. Ein Beispiel für eine mögliche Anwendung.
Hier ein Beispiel, wie man sich das noch vorstellen kann. Angenommen, Sie hätten hier eine Quelle, die einzelne Lichtteilchen aussendet und hier einen 50-50-Spiegel, so wie wenn Sie vor einem Schaufenster stehen und Sie sehen sich und Sie sehen auch die Sachen da drinnen – nicht!. Wenn Sie da Licht herleuchten, wird die Hälfte daher gehen, die Hälfte wird durch diesen Spiegel, durch dieses Glas durchgehen.
Was macht ein einzelnes Teilchen? Ein einzelnes Teilchen wird rein zufällig entweder hierher gehen oder hierher, rein zufällig und hier, wenn wir das als 0 oder 1 bezeichnen, bekommen wir eine Zufallszahl. Und wenn wir viele nehmen, bekommen wir eine lange Zufallszahl. In Wirklichkeit ist das Teilchen nach der Wechselwirkung mit dem Spiegel und hier, ich glaube, das ist die einzige Formel, die ich zeige, dass Qubits selbst in voller Pracht, nicht ganz voller Pracht, das ist nur immer ein spezielles Qubit, Überlagerung von 0 und 1.
Und erst durch die Messung selbst, rein zufällig, wird dieser Zustand kollabiert. Das ist sowohl 0 als auch 1, kollabiert auf 0 oder 1. Ein berühmtes Puzzle, das das sozusagen sehr nahe bringt und die alle kennen, ist die berühmte Schrödingische Katze, wo eine Katze in einem Kasten untergebracht ist und gekoppelt ist mit einem radioaktiven Atom. Wenn das Atom zerfällt, dann wird ein Giftbehälter zerbrochen, die Katze stirbt. Wenn das Atom nicht zerfällt, ist die Katze fröhlich und am Leben.
Und dann ist es so, dass nach der Quantenphysik, nach einiger Zeit das Atom nicht zerfallen ist oder nicht zerfallen, sondern es ist in einer Überlagerung von beiden Möglichkeiten.
Und Schrödinger sagt, wenn die Quantenphysik universell gültig ist und alles betrifft, auch solche makroskopischen Gegenstände, dann muss die Katze in einer Überlagerung von tot und lebendig sein. Bis wir hineinsehen und die Beobachtung durchführen und das Ergebnis der Beobachtung wird zufällig sein und die Katze ist dann entweder fröhlich am Leben oder nicht. Dieses Experiment wurde übrigens bis heute noch nicht durchgeführt. Das ist das einzige, der von mir erwähnten Experimente, das noch nicht gemacht wurde.
Gut, hier also heute wissen wir, dass es diesen Zufall gibt. Diese Überlagerungen werden für immer größere Dinge gezeigt im Labor. Das ist eine berühmte Forschungsrichtung derzeit, die auch ihre Anwendung in Quanteninformation hat, aber darauf möchte ich nicht so sehr eingehen, sondern hier ein Cartoon im New Yorker beschreibt das auch sehr schön.
"If it's all random…", also wenn alles zufällig ist, sagt sie zu ihm, "…why are you always here?" und wenn er schlau ist, sagt er, weil das auch im Zufall eine Möglichkeit ist, eine Zufallsfolge kann rein theoretisch, mathematisch auch eine permanente Folge von Nullen sein. Auch das kann, genauso wie sie rein theoretisch beim Spielen immer ein Sechser würfeln könnten. Das ist natürlich unwahrscheinlich, aber es könnte auftreten.
So, jetzt haben wir den Zufall gemacht und wir haben die Superposition gemacht. Das haben Sie jetzt beides gelernt sozusagen und ich möchte, dass Sie das mit nach Hause nehmen.
Die beiden Begriffe, Superposition und Zufall. Der dritte Begriff, den ich möchte, dass Sie mit nach Hause nehmen, ist Verschränkung oder Entanglement. Eine Idee, die von Einstein 1935 wieder eingeführt wurde. Wir haben zwei Teilchen, etwa zwei Billardkugeln, können Sie sich ruhig so vorstellen, die miteinander wechselwirken und die auseinanderfliegen. In irgendeiner Form auseinanderfliegen.
Und wenn die auseinanderfliegen und das ein quantenmechanischer Zustand ist, dann ist es so, dass die so gekoppelt sind, eben verschränkt, dass eine Messung an einem den Zustand des anderen beeinflusst, ganz egal wie weit das weg ist. Wenn man sich das mit Billardkugeln vorstellt, wenn sie sozusagen normale klassische Billardkugeln haben, dann fliegen die eben so auseinander in eine bestimmte Richtung.
Wenn das Quantenbilliardkugeln wären, dann würden sie so fliegen, würden sie so fliegen, würden sie so fliegen und all das in einer Überlagerung. Und erst wenn Sie hingucken, sehen Sie, sie sind zufällig in die Richtung geflogen – rein zufällig. Einstein mochte das nicht, er nannte das Spuk und hat gehofft, dass es eine Physik gibt ohne diesen Spuck. Das Schöne ist, dass wir das heute nicht nur wissen, dass es existiert, sondern wieder in Quanteninformationstechnologie Ideen anwenden.
Hier noch einmal ein Versuch zu erklären, worum es hier wirklich geht. Erwin Schrödinger hat diesen Begriff Verschränkung eingeführt der ein sehr guter Begriff ist auf Englisch heißt es in entanglement das ist "Pakete", das ist irgendwie nicht besonders definiert, auf Deutsch Verschränkung ist schon was wohl definiert, so ist es in der Quantenphysik die sind wirklich miteinander sehr viel enger verbunden.
Man kann sich das vorstellen, wir haben also meinetwegen Weihnachten 2100 und unterm Weihnachtsbaum, sofern es Weihnachten noch gibt, was ich sehr hoffe, liegen Quanten, verschränkte Quantenwürfel. Und die haben die Eigenschaft, wenn Sie die beiden Würfel, geben Sie in den Becher, Sie werfen, Sie zeigen die gleiche Zahl, wie zum Beispiel die 6. Geben sie wieder rein, werfen wieder, dann zeigen sie beide die 3. Geben sie wieder rein, werfen wieder, zeigen beide die 2 und so weiter und so fort.
Und dann werden sie den Kopf kratzen und werden sie sagen, warum ist das? Das könnte entweder sein, dass da ein Minimechanismus eingebaut ist, sein, dass da ein Mini-Mechanismus eingebaut ist, in den High-Tech, irgendwas Nano-mäßiges, so dass sie immer bestimmte Zahl geben, oder die reden miteinander, die beiden Würfel. Die reden miteinander, erzählen sich gegenseitig, du pass auf, was wäre, wenn wir jetzt die 6 zeigen? Und ich sage, ja, ja, machen wir. Und dann zeigen sie beide die 6.
Beide Erklärungen sind durch Experimente mittlerweile ausgeschlossen. Das ist das Interessante. Da gibt es eine lange Geschichte von wunderschönen Experimenten. Das heißt, wir haben den Fall, dass zwei Vorgänge, erinnern Sie sich an den Zufall, zwei Vorgänge, zwei Prozesse, die rein zufällig sind. Der ist rein zufällig und der ist rein zufällig, keine verborgene Ursache, immer das gleiche Resultat geben.
Dazu sagte Schrödinger, dass das das wesentliche Charakteristikum der Quantenphysik ist, das uns zwingt, von unseren liebgewordenen Vorstellungen, wie die Welt beschaffen ist, Abschied zu nehmen. Ich lasse das mal so stehen und komme hier auf die Zeitungsreaktion. Einstein, New York Times, 1935. Da steht "Einstein attacks quantum theory" und lustig finde ich das, weil Einstein gesagt hat, das kann es nicht geben oder die Quantentheorie ist falsch. Da muss man irgendwas an der Quantentheorie ist falsch, da muss man irgendwas an der Quantentheorie ändern. Da steht, "Scientists and two colleagues find it is not complete", also da fehlt noch was, obwohl es korrekt ist, obwohl es also jetzt einmal die Dinge richtig beschreibt. Und was ich so charmant finde, ist, das war eine Arbeit von drei Leuten, Einstein, Podolsky, Rosen, alle drei waren Physiker.
Der Podolsky wurde ein sehr berühmter Physiker dann in Israel. Aber wenn Sie mit Einstein eine Arbeit schreiben, dann ist nur er der Scientist, … sozusagen haben Sie keine Chance. Hier die Entwicklung unseres Gebietes, das was Immanuel Bloch vorher genannt hat, die zweite Quantenrevolution. Hier sind die Zitate der Einstein-Podolsky-Rosen-Arbeit ab 1935.
Es gab einige wenige Zitate und dann ist die Geschichte eingeschlafen. Die Zitate sind nicht so schlecht gewesen. Da war'n, Zwei waren von Schrödinger, eine von Nils Bohr. Das ist schon was, wenn so berühmte Leute sie zitieren. Aber dann war nichts mehr. Und dann ging es langsam wieder los, dann gab es langsam wieder Interesse an diesen philosophischen Ideen.
Mitte 60 hat ein irischer Physiker John Bell herausgefunden, dass das wirklich ein Problem ist, diese Verschränkung, weil man sie eben nicht erklären kann durch irgendwelche verborgenen Eigenschaften, die die Teilchen haben. Und dann begannen erste Experimente und 2000 hat das Ganze explodiert. Das Ganze explodiert, warum? Weil eben in den 90er Jahren die Ideen aufkamen, dass das auch nützlich sein kann für Anwendungen und plötzlich ist das, das ist bei weitem die wichtigste, am häufigsten zitierte Arbeit Einsteins. Sie wird jetzt ungefähr täglich einmal zitiert, Sie sehen das da, 350, 60 pro Jahr, was in meinen Augen aber nicht bedeutet, dass sie öfter gelesen wird als früher.
Hier ein Beispiel, was man jetzt wirklich im Labor macht, damit Sie sich das ein bisschen vorstellen können. Das war ein Experiment, das wir auf der Documenta gezeigt haben. Wir waren da eingeladen, das herzuzeigen, obwohl wir keine Künstler sind. So ist es halt.
So, da hat man einen Laser. Ein Laser, der im Blauen oder Ultravioletten typischerweise arbeitet, der tritt in einen Kristall ein, den Sie hier nicht sehen. Und in diesem Kristall kann mit relativ geringer Wahrscheinlichkeit, aber doch gut genug, ein Lichtteilchen, ein Photon dieses Lasers in zwei Teilchen zerfallen. Und diese beiden sind dann verschränkt. Die können verschränkt sein in Polarisation, die können verschränkt sein im Impuls, die können verschränkt sein in der Frequenz oder was immer. "You name it", das ist alles denkbar.
Und in dem Experiment werden die beiden Teilchen dann in Glasfasern gekoppelt, hier sehen Sie eine Glasfaser, und dann macht man diesen beiden Messungen, um zu zeigen, dass sie tatsächlich miteinander verschränkt sind, nämlich dass die wirklich so gekoppelt sind miteinander, dass die eine Messung und die andere immer perfekt zusammenpassen.
Eine der Anwendungen davon ist Quantenkryptographie, übrigens nicht nur von Verschränkung, aber mit Verschränkung lässt sich die Quantenkryptographie sehr einfach darstellen. Das heißt Verschlüsselung von geheimen Nachrichten. Hier haben wir Alice und hier haben wir Bob. Das hat sich so eingeführt, ABC. Und die beiden sind über einen klassischen Kanal verbunden. Sie sehen, das ist alte Technologie. Das sind auch richtige Telefone. Kann man übrigens kaufen. Man kann so ein Handtelefon kaufen und da einstecken beim Mobil-"Dingsbums". Und dann so telefonieren. Das geht, das gibt es auch schon. Und zusätzlich, über den klassischen Kanal sprechen Sie miteinander.
Und zusätzlich gibt es den Quantenkanal. Und über diesen Quantenkanal, der mit einzelnen Photonen funktioniert, idealerweise können die beiden einen geheimen Schlüssel produzieren, den sie dann verwenden, um ihre Nachricht zu verschlüsseln.
Am einfachsten kann man sich das vorstellen mit Hilfe, … und ein Abhörer. Ein Abhörer kann Zugang haben zu allen diesen Kanälen und er kommt nicht dran an die Information. Warum? Weil dieser Quantenkanal mit einzelnen Teilchen funktioniert und bei einzelnen Teilchen, habe ich ja schon vorher erzählt beim Quantengeld, kann ich nicht auslesen, was das ist, wenn ich nicht vorher schon weiß, in welcher Weise das kodiert ist. Wenn ich es dann auslesen würde, würde der Schlüssel gestört und die beiden würden das nicht verwenden miteinander, für die Kommunikation.
Hier ein Experiment, das wir in Innsbruck vor vielen Jahren gemacht haben, als ich noch in Innsbruck war, 1998, 1999. gemacht haben, als ich noch in Innsbruck war, 1998, 1999. Also zwei mit verschränkten Photonen, hier eine Quelle, zwei Photonen werden erzeugt, in Glasfasern gekoppelt, so wie Sie es jetzt gerade gesehen haben. Und dann machen wir Polarisationsmessungen an beiden und wir bekommen, wenn die Polarisation entlang der gleichen Richtung gemessen wird, auf beiden Seiten entweder die 1 oder die 0.
Und wenn wir das mit vielen Photonenpaaren machen, bekommen wir eine Zufallsfolge von Nullen und Einsen. Und diese Zufallsfolge können wir dann verwenden, um die Nachricht zu kodieren. Da steht noch zusätzlich ein Zufallszahlengenerator dabei, weil man eben zwischen diesen Messbasen, hier ist horizontal, hier ist vertikal, muss man hin und her schalten. Man muss entweder so messen oder 45 Grad gedreht. Und wenn das der Abhörer nicht weiß, kann er nichts tun – OK?
Das heißt, wir bekommen da jetzt unsere Zufallssaal, und die können wir in klassischer Kommunikation einsetzen. Hier unser damals durchgeführtes Experiment zur Verschlüsselung eines Bildes. Dieses Bild ist sehr bekannt, ich glaube einige von Ihnen werden es auch schon gesehen haben. Das ist die Venus von Willendorf. Als wir das damals gemacht haben, das Experiment, kamen meine Mitarbeiter zu mir mit einem Bild von einem Bomber oder sowas. Und ich habe gesagt, ne, ihr müsst etwas finden, das zwei Bedingungen erfüllt. Es muss österreichisch sein und es muss ein friedliches Symbol sein. Diese Venus ist 26.000 Jahre alt, ist mit größter Wahrscheinlichkeit kein militärisches Symbol, würde ich sagen.
Gut, was macht man? Man hat hier das Bild in digitaler Form und man erzeugt sich diesen Schlüssel. Das ist jetzt eine Darstellung von 56.000 oder 51.000 von diesen zufälligen Bits. Und Sie sehen, das ist dasselbe Bild. Es schaut zufällig aus, aber es ist dasselbe Bild. Sie sehen das? Es hat die gleiche Struktur.
Dann wird das bitweise addiert, oder einfach mit einfachen Worten, die beiden werden miteinander gemischt. Hier kommt das verschlüsselte Bild. Und hier, ein Abhörer hat keine Chance, hier diese Information rauszubekommen, wenn wir, wenn es eben so produziert ist, wie ich gesagt habe, und wenn es nur einmal verwendet wird. Wenn der Schlüssel nur einmal verwendet wird, gibt es keine Chance. Aber der Empfänger kann das encoden, hier gibt es ein paar Fehler, aber da gibt es Standardmethoden, wie man die berücksichtigen kann.
So, jetzt, wie geht es weiter? Das war sozusagen eine Demonstration. Dann haben wir uns immer dafür interessiert, wie wir das über größere Entfernungen machen können. Hier eine Serie von Experimenten haben wir gemacht auf den Kanarischen Inseln, die ich Ihnen schon erwähnt habe, Entfernung von ungefähr 150 Kilometern. Bei diesem Experiment war auch Harald Weinfurter hier dabei, der hier in der zweiten Reihe sitzt. Damals in meiner Gruppe, oder damals nicht mehr in der Gruppe, damals waren wir schon in München. Da haben wir das Symbol irgendwo von Max Planck, für Quantenoptik. Und ist das die Münchner Uni? Ja, ja, ok, wunderbar, sehr schön.
Gut, haben wir genau dasselbe Prinzip. Wir haben ein Photon hier erzeugt, wir haben ein paar hier erzeugt, ein Photon lokal gemessen, die Polarisation, das andere haben wir rübergeschickt nach Teneriffa, mit diesem Teleskop empfangen und dann da ebenfalls die Polarisation gemessen.
Das kann man verwenden für Kryptographie über diese Entfernungen, man kann es verwenden für Teleportation und alles mögliche. So, das Wort Teleportation ist schon gefallen und ich habe gewusst, ich habe geahnt, dass Immanuel Bloch "beam me up Scot is…" erwähnen wird in irgendeiner Form. Also wage ich das hier hinzuschreiben.
In der Teleportation, in diesen Star Trek Filmen und so weiter, ist übrigens etwas Interessantes. Wissen Sie warum das Beamen erfunden wurde, die Teleportation? Um Produktionskosten zu sparen. Weil es ist viel billiger, wenn man die Leute hinauf und hinunter beamt, als man muss die Landung eines Raumschiffs auf einem fremden Planeten simulieren. Das ist viel teurer. Das ist eine reine Kostengeschichte.
Und worum geht es jetzt? Wenn wir ernsthaft darüber nachdenken, es wird die Originalinformation gescannt, die in diesen Dingen da drinnen ist, die wird transferiert und dann wird das Original wieder zusammengesetzt aufgrund dieser Information. Die Übertragung von Materie ist übrigens nicht notwendig, weil es ist vollkommen egal, ob … wenn ich jetzt zwischen mir und Herrn Hector alle Kohlenstoffatome austauschen würde und die am gleichen Platz wären, sind Sie nach wie vor der Herr Hektor und ich bin nach wie vor der Herr Zeilinger. Tatsächlich, das kommt nicht auf die Materie an, es kommt auf die Information an. Okay?
Und der Heisenberg sagt, das geht nicht. Warum sagt der Heisenberg, das geht nicht? Weil man den Zustand eines unbekannten einzelnen Systems nicht durch Messung bestimmen kann, ohne das zu stören. Das geht grundsätzlich nicht.
Und da haben die Herrschaften eben den Heisenberg-Kompensator erfunden. Auf die Frage, wie der funktioniert, möchte ich genauso antworten, wie Gene Roddenberry, der für das Ganze verantwortlich war, gesagt hat bei einer Pressekonferenz, "How does the Heisenberg-Cator work", sagte er angeblich "very well, thank you".
Hier das erste Experiment, das wir damals machten im Jahr, wann war das? 98, 97, 98, so ungefähr, plus, minus. na, 97, 98. Experimental Quantum Teleportation, da war es übrigens so, wie wir das eingeschickt haben, hat Nature, wo das publiziert wurde, die haben nicht recht gewusst, ist das ernsthaft oder ist das, wie man in Wien sagt, ein Schmäh. Und ich habe gedacht, ich weiß das heute. Ich habe sich dann erkundigt, dass das kein Schmäh ist, dass das tatsächlich erstattet ist. Hier sind die fünf Leute, die bei dem Experiment dabei waren. Sie werden es nicht glauben, das bin ich. Also da war ich ein bisschen jünger als jetzt. Und das wurde immerhin aufgenommen in ein Sonderband von Nature im Jahr 2005, "a celebration of physics", anlässlich 100 Jahre dieses wunderbaren Jahres von Einstein.
Hier ist der Herr Weinfurter wieder, hier Dik Bouwmeester, der der erste Autor des Papers und hier Jian-Wei Pan, auf den ich noch erwähnen werde. Der war Doktorand. Das ist der Herr Klaus Mattle und der Manfred Eibl.
Gut, da haben wir nochmal diese Simulation. Da haben wir ein Bild von einer Teleportation, wie wir sie quer über die Donau gemacht haben, zwischen einer Sendestation und einer Empfangsstation. Was man da macht und das ist jetzt, und wie funktioniert es im Prinzip, auf die Details möchte ich nicht eingehen. Man will also einen Zustand teleportieren.
Man möchte einzelne Photonen in einem unbekannten Zustand teleportieren. Man möchte ein Photon, einzelne Photonen, in einem unbekannten Zustand teleportieren auf die andere Seite. Und was macht man? Man nimmt zur Hilfe ein Paar von verschränkten Photonen. Wie erinnern Sie sich? Verschränkte Photonen sind so, dass wenn ich da eine Messung mache, dann ändert es den Zustand des anderen und dann verschränkt man das, dass man teleportieren möchte, mit einem der beiden.
Und was dann passiert, ist, dass die Information, die in diesem Teilchen enthalten ist, auf das andere übertragen wird, das auf der anderen Seite der Donau ist. Man muss noch einen kleinen Trick anwenden, es kann nicht zur Übertragung mit Schnelle als Lichtgeschwindigkeit verwendet werden, das heißt man muss noch eine gewisse klassische Information übertragen, die aber nichts damit zu tun hat, welcher Zustand hier teleportiert wird.
Das haben wir unter der Donau gemacht, übrigens in einem großen Kanalsystem. Da sehen Sie, wie groß ein Mensch ist, da haben wir unsere Faser und das hat immer interessante Hintergrund-Geruchsatmosphäre gehabt, da unten, wenn man sich vorstellen kann.
Okay, jetzt ganz großer Sprung. Ich habe Ihnen gezeigt, Kommunikation jetzt quer über die Donau. Mit dem kann man natürlich genauso Kryptografie machen und Teleportation und was auch immer. Wobei Teleportation in einer weiteren Entwicklung letztlich wichtig sein wird für sogenannte Quantencomputer, äh Quantenrepeater, die dann Quantencomputer miteinander verbinden, die Herr Platt eingehen wird.
Ganz große Frage jetzt, wie kann ich weltweit Quanten kommunizieren? Das Problem ist, dass es mit Glasfasern, so wie hier, das waren Glasfasern, die von einer Seite zur anderen gehen. Irgendwo bei, sagen wir mal, 100 Kilometer optimistisch, es geht ein bisschen weiter, aber dann sind fast keine Photonen mehr da, nicht weiter geht, weil es wegen des No-Cloning-Theorems keine Verstärker gibt für Quantensignale. Nämlich Verstärken heißt ja irgendwo, dass ich das Signal messen muss und verdoppeln muss. Muss ich verstärken? Muss ich mehr Photonen haben? Und das geht nicht. Das geht grundsätzlich nicht.
Also das Thema da an bei 100, 200 Kilometer. Genauso stehen wir an bei den Experimenten auf den Kanarischen Inseln, wo wir oben durch die Luft das gemacht haben, 150 Kilometer, auch da steht man an bei ungefähr dieser Entfernung. Das heißt, die einzige Chance ist, dass man zu Satelliten geht. Derzeit. Vielleicht geht das in Zukunft, wenn man Quantenrepeater macht.
Und hier zeige ich Ihnen den Start des ersten Quantensatelliten am 16. August 1916. Ah, das muss 2016 wahrscheinlich heißen. Ich habe es schon gemerkt, irgendwer lacht da, als er wusste, da stimmt was nicht. Aber wissen Sie, dass Sie der Erste sind, oder die Ersten sind, denen das auffällt? Ich habe das schon oft gezeigt, das Bild. Es ist noch niemandem aufgefallen. Es ist wirklich gewaltig. Gut, ich schaue, dass ich langsam fertig werde.
Hier ist der Start. Können wir jetzt den Film laufen lassen? Jetzt hören Sie einen Countdown auf Chinesisch. Akustisch…
(Geräusche}
Da war ich dort. Das war jetzt ungefähr 300 Meter weg im Freien gestanden.zentrum in Peking. Ist egal, das war jetzt das Kontrollzentrum in Peking. Was der Satellit jetzt gemacht hat, der heißt Micius, ich sage Ihnen gleich, was das heißt. Was der jetzt gemacht hat, ist, dass er verschiedene, das Projekt steht unter der Leitung von Jian-Wei Pan, meinem ehemaligen Studenten, den sie schon gesehen hat, hat verschiedene Experimente durchgeführt, zum Beispiel Schlüsselverteilung zwischen Peking und Urumqi in Tibet oder auch Entanglement Distribution, also Sendung von zwei verschränkten Teilchen zu zwei verschiedenen Bodenstationen in China oder auch Teleportation von dieser Station, die sich auf 5.500 Meter Höhe befindet, hinauf zum Satelliten und letztlich auch das Experiment in Kollaboration mit uns, wo wir einen Schlüssel austauschen zwischen Peking und Satellit und dann zwischen Österreich, das war in Graz genau genommen, und dem Satelliten und damit durch eine interessante Prozedur einen Schlüssel zwischen Peking und Wien erzeugen können. Und das geht natürlich dann über beliebige Entfernungen.
Wir betreiben in Österreich ein paar Bodenstationen. Eine in Wien, eine in der Nähe von Linz, eine in Graz. Dann betreiben wir die Bodenstation in Teneriffa. Wir haben auch eine mobile Bodenstation, die in einem Container untergebracht ist. Die kann irgendwo hintransportiert werden auf der Welt und hier haben wir eine Station in Griechenland, die allerdings noch nicht in Betrieb ist.
Da sehen Sie auch noch einmal einen schönen Film, kann man den auch starten. Das sieht man, das ist die Bahn des Satelliten hier. Und man macht ist, man leuchtet rot hinauf und der Satellit sagt, ah ich habe dich gesehen und leuchtet grün zurück. Das ist also immer eine längere Exposure über eine gewisse Zeit. Und dann schickt man zusätzlich einzelne Photonen.
Wir haben im November letzten Jahres eine Videotelefonat gemacht zwischen uns, das bin ich, und das ist unser Rektor, das ist der Präsident Jun Li Bai der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, ein Videotelefonat, das mit diesen Quantenmethoden verschlüsselt wurde. Wir haben auch übertragen ein Bild von China nach Österreich, ein Bild von Mithius.
Micius war ein Philosoph, der ungefähr zur Zeit des Aristoteles gelebt hat. Der hat zum Beispiel als erster die geradlinige Ausbreitung von Licht nachgewiesen. Das ist ganz interessant. Und einige andere sehr interessante Dinge. Und wir haben dafür ein Bild von Schrödinger nach China geschickt. In dem Fall mit einem One-Time-Pad, also absolut sicher.
Jetzt brause ich geschwind ein bisschel durch und komme gleich zum Schluss. Zum Status. Am weitesten entwickelt ist das chinesische Projekt derzeit. Die haben jetzt ein Netz oder eine Verbindung zwischen Shanghai und Beijing mit lokalen Knoten Hefei, Shanghai, Beijing. In Jinan zum Beispiel sind alle Regierungsstationen an die 40 an dieses System angeschlossen.
Wir planen etwas ähnliches von Wien aus, zuerst mal in Osteuropa, weil das ein einfacher Einstieg wäre in Quantentechnologie, wir nennen das Quapital, also Quantum and Capitals, die man miteinander verbinden kann. Und das Ganze wäre schön, wenn das auch weiter in die Europäische Union nach Westen ausgedehnt würde.
Hier die Vision, die Langzeitvision der Chinesen. Geplant sind jetzt drei weitere Satelliten in 500 Kilometer Höhe, so wie Micius und ein Satellit auf viel größerer Höhe, der mit denen kommunizieren kann und dadurch weltweite Kommunikation erzeugen. Die Idee ist eben lokale Netzwerke, so wie das von uns überlegt und das Ganze soll in wenigen Jahren stattfinden. Das 5 bis 10 Jahre ist jetzt schon überholt. Wir sprechen hier von weniger als 5 Jahren.
Das Ziel ist, jeden Punkt auf der Erde im Prinzip so verbinden zu können. So, Ich bin schon bei den 40 Minuten, oder? Sollte es langsam aufhören.
Ich möchte Ihnen jetzt noch ein verrücktes Experiment, das wir jetzt gerade abgeschlossen haben, näher bringen. Es ist noch nicht publiziert, aber es wird, hoffe ich, demnächst publiziert werden.
Und zwar ist es so, wenn wir unsere verschränkten Photonen haben und wir haben gesagt, die beiden haben dieselbe Polarisation, ganz egal, ob ich sie in dieser Basis messe oder in einer anderen. Und das geht nur in der Quantenmechanik. Das geht ohne Quantenmechanik nicht. In der Quantenmechanik können sie nur entweder beide horizontal oder beide vertikal sein, in dieser Basis, aber nicht auf 45 Grad gedreht. Das geht grundsätzlich nicht.
Und jetzt könnte man sagen, Moment mal, jetzt messe ich das, und das Experiment steht da, und die beiden wissen ja, was die Polarisationsorientierung ist. Vielleicht geht da irgendwas vor, irgendeine gemeinsame Beeinflussung, die ich nicht ausschließen kann. Zumindest im Prinzip nicht ausschließen kann.
Und dann ist die Frage, wer entscheidet, welche Polarisation ich messe. Ich kann einmal selbst als Experimentator da irgendeinen Schalter legen, aber das ist verdammt langsam im Vergleich zu der Zeit, wie schnell die Photonen sind. Ich kann einen Zufallszahlengenerator nehmen, entweder einen Algorithmus, der das macht, oder einen quantenphysikalischen Zufallszahlengenerator, so wie wir es schon diskutiert haben. Auch das kann vielleicht, es ist vielleicht logisch ein Fehler, wenn ich Quantenphysik mit Quantenphysik teste.
Was kann ich machen? Na ja, dann muss ich halt schauen, dass ich meinen Zufall von möglichst weit her bekomme, so dass das möglichst wenig miteinander in Verbindung getreten ist. Und am weitesten Weg, zumindest mit vernünftigem Ding, erreichbar sind Quasare. Das heißt, was wir jetzt gemacht haben auf den Kanarischen auf La Palma ist folgendes Experiment.
Wir erzeugen uns hier verschränkte Photonen, die schicken wir jedes über … zu zwei großen Teleskopen. Diese sind relativ groß, das sind vier Meter Teleskope. Das sind schon sozusagen die zweitbeste Teleskopklasse, die es gibt. Die anderen sind 8 und 10 Meter. Und was diese machen, ist, jedes von denen schaut, Zufälle gibt es auf den Kanarischen Inseln, diese beiden Teleskope in der richtigen Größe, in der richtigen Entfernung. Wir waren die Ersten, die beide Teleskope gleichzeitig in einem Experiment verwendet haben. Das brauchen die Astronomen ja nicht.
Der schaut da rauf zu einem Quasar, dieser Quasar war 12 Milliarden Lichtjahre weg und der schaut zu einem anderen Quasar, na umgekehrt, da war der mit 12 Milliarden und der war 8 Milliarden Lichtjahre weg. Und wir verwenden Fluktuationen im Licht dieser Quasare, um zu entscheiden, welche Polarisation wir verwenden zu messen. Das ist wirklich sozusagen Mikro und Makro gemeinsam.
Hier eines der beiden Teleskope, das ist das Nationale Teleskop Italiens, Galileo heißt das, hier das zweite Teleskop, das William Herschel Teleskop, ein britisches Teleskop und hier stand unsere Quelle zwischen den beiden, das ist ein nordisches Teleskop, das wir nicht verwenden.
Hier da drinnen stand unsere Quelle, man muss sich vorstellen, die schicken ein Foto hinten daher und das zweite da runter, den Berg ein Stückle, wo das andere Teleskop steht. Und das Interessante war, eines Tages sah es so aus. Da war ein Sturm, da war ein Sturm auf den Kanalschnitzel, und da oben ist er viel stärker natürlich als unten, und den ganzen Container hat es rumgebeutelt und der lag plötzlich da. Und das Schöne war, das Experiment hat de facto nicht darunter gelitten. Wir haben den wieder aufgestellt, das Einzige, was kaputt ging, war der Kristall.
Hier sind die Leute, die bei dem Experiment dabei sind, in dem Fall das italienische Teleskop, unsere italienischen Kollegen da, Leute in meiner Gruppe, das Rauch Dominic, der ist irgendwo hier unter den Zuschauern, das sind unsere amerikanischen Kollegen, die mitgearbeitet haben.
Sie werden vielleicht Ellen Guth kennen. Es war ein ziemlich großer Aufwand das Ganze. Nun, ich möchte schließen mit ein paar Zitaten, die glaube ich auch zu Rainer Platz Vortrag passen. Ein sehr berühmtes Zitat von Arthur C. Clark, der dieses Buch geschrieben hat, auf dem dann dieses berühmte 2001 Space Odyssey, der Film von Kubrick aufgebaut wurde.
"Any sufficiently advanced technology is indistinguishable from magic." Das ist ein starker Spruch, aber stimmt, weiß ich nicht. Das ist ein starker Spruch, aber stimmt weiß ich nicht.
Ein anderes Zitat, von dem es angeblich nicht verbürgt ist, aber es ist vom Inhalt her korrekt, 1953, Thomas J. Watson, IBM-Chairman, der ist der World Market for Five Computers. Damals war der World Market for Five Computers, das ist vollkommen richtig. Das ist eine vollkommen richtige Aussage. Ich sage das nur deshalb, weil man über die heutige Technologie auch manchmal sagt, naja, da ist vielleicht kein Markt oder weiß der Teufel was. Der kommt. Die Dinge schaffen sich den Markt selber.
Das ist ein wunderschönes Zitat von Ken Olson, der President and Founder von Digital Equipment Corporation. Das waren die ersten Computer, die ich in meinen Experimenten verwendet habe vor langer Zeit. Er sagte, "there is no reason why there should be a computer in everyone's home".
50:15Ich würde meinen, er hat eigentlich recht gehabt, aber wir haben alle Computer zu Hause, nicht? So ist es. Da wieder ein Beweis, dass unsere amerikanischen Freunde uns weit voraus sind. Das Bild habe ich von Charlie Bennett bekommen, den ich schon einmal erwähnt habe.
"Use both exits when leaving the parking structures." Das heißt, sie haben offenbar Quantenautos, die bei beiden Ausgängen hinausgehen können. Allerdings, und der Beweis ist, dass man die Quantenautos nicht sieht, weil in dem Moment, wo sie es beobachten würden, wären sie ja nicht mehr Quantenautos.
Und das, ich schließe mit diesem Zitat, das mir wirklich sehr gut gefällt, von Albert Einstein.
"Ich möchte wissen, wie Gott diese Welt erschaffen hat. Ich bin nicht an dem einen oder anderen Phänomen interessiert. Ich möchte seine Gedanken kennen. Alles Übrige sind nur Einzelheiten."
Ich danke für Ihre Aufmerksamkeit.
(Beifall)
Fragerunde
Moderator
Fantastisch. Manchmal möchte man die Gedanken auch kennen. Ich möchte glaube ich selber nicht wissen. Gibt es ein paar sehr dringende Fragen? Wir machen nachher nach dem Vortrag von Rainer Blatt noch eine kleine Diskussionsrunde. Aber die ein oder andere Frage, die jetzt sozusagen auf den Nägel brennt, kann man natürlich stellen. Bitte schön. Sie haben ein paar praktische Beispiele gezeigt von Übertragung.
Einmal der Telefonanruf und einmal die Bildübertragung. Wie hoch sind denn die Übertragungsdaten und was gibt es für Perspektiven, um die zu verändern?
Zeilinger
Ja, das ist genau, das ist eine wichtige Frage. Wir sprechen in Praxis mit dem, mit diesem, mit diesem, mit Mithios, haben wir bei einem Überflug, haben wir in der Größenordnung von ein paar hundert oder einige wenige Megabit.
Das heißt, es zahlt sich nur aus, das zu verwenden für hochsensitive Daten, wie zum Beispiel für Ausstausch eines Schlüssels. Zum Beispiel auch für diplomatische Kuriere, die würde man nicht mehr brauchen, die fliegen ja einmal im Monat herum mit einem Koffer, das würde man nicht mehr benötigen. Das funktioniert mit Hilfe der Satelliten zum Beispiel nicht.
Oder auch das Videotelefonat war so, dass wir einen Schlüssel, den wir im klassischen Verschlüsselungsverfahren verwendet haben, war so, dass wir einen Schlüssel, den wir im klassischen Verschlüsselungsverfahren verwendet haben, alle, glaube ich, 10 Sekunden erneuert haben oder 20, irgend so was, so in der Größenordnung etwa.
Welche Möglichkeiten gibt es, die Datenrate zu erhöhen? Das liegt nach meiner Meinung ausschließlich an den Quellen und an den Detektoren. Und da muss einfach mehr Geld in die Hand genommen werden. Das ist alles. Ich würde sagen, es gibt keinen grundsätzlichen Grund, warum man da nicht weitergehen soll.
Zuhörer
Vielen Dank für Ihren Vortrag. Sie haben mehrmals gesagt, dass den Quantenphänomenen der reine Zufall zugrunde liegt und dass die Wissenschaft mit Gewissheit weiß, dass auch keine grundlegende Ursache dem Ganzen zugrunde liegen kann. Womit ist denn diese Erkenntnis begründet?
Zeilinger
Das ist eine sehr gute Frage, weil es ist insofern eine gute Frage, weil in der Wissenschaft wir es ja immer wieder erlebt haben, dass etwas, woran wir alle glauben, über den Haufen geworfen wurde und man muss sagen Gott sei Dank über den Haufen geworfen wurde, nicht? Das ist Teil des Fortschritts.
Womit ist unsere Meinung jetzt begründet? Die ist dadurch begründet, dass wir für verschiedene Situationen Modelle annehmen, sehr, sehr einfache Modelle. Die einfachstmöglichen Modelle, wo es doch eine Ursache gibt, wo es doch zum Beispiel die Eigenschaften festgelegt sind, ehe sie gemessen werden.
Das geht für einzelne Systeme, sofern sie komplexer sind als Qubits. Das geht auch für verschränkte Systeme. Und alle diese Modelle führen zu einem Widerspruch zur tatsächlichen experimentellen Beobachtung.
Ich möchte hier Wolfgang Pauli zitieren, ein Nobelpreisträger auch für Quantenphysik, er hat gemeint, dass der Zufall so fundamental ist, dass er sicherlich einige hundert Jahre noch für uns gültig sein wird. Das heißt, it would take a major revolution. Aber sowas ist in der Physik nie auszuschließen, das ist völlig klar.
Moderator
Herr Gey.
Zuhörer
Ja, ich danke auch für den Vortrag und auch das, was Sie gerade gesagt haben, angesprochen. Es gibt für die Beschreibung der Messergebnisse von verschränkten Photonen, von Polarisationsmessungen tatsächlich ein Modell, was die Messergebnisse der Quantenphysik vorhersagt. Ich habe das publiziert und kann Ihnen den Link auch geben. Sehr lieb, danke.
Zuhörer
Ich wollte auch nochmal was fragen, fällt mir ein, weil, warum hat der Alte einen Gedanken gehabt, der sozusagen den Menschen braucht, um ins Experiment einzugreifen, um den Zustand zu entscheiden. Ist das nicht ein bisschen komisch?
Zeilinger
Das weiß ich nicht, da kann ich nicht mitreden, aber es gibt mir Gelegenheit, es gibt sozusagen zwei, wo wir meinen, zwei Sachen, die frei sind im Sinne bei einem quantenmechanischen Experiment. Das eine ist das Ergebnis, das zufällig ist, aber das zweite ist deine Entscheidung als Experimentator, welche Größe ich messe.
Wenn die auch sozusagen vordeterminiert ist, dann gibt es die Möglichkeit in einem totalen Determinismus, wo auch die Entscheidung des Experimentators determiniert ist, haben wir alle diese Probleme nicht. Das ist völlig klar.
Zuhörer
Also betrifft auch den freien Willen letzten Endes. Aber das ist ein sehr heikles Gebiet rein, das wollen wir auch nicht.
Moderator
Jörg, nee, Harald, ich habe dich vorhin nicht zur Universität Ulm, das war Ulm, das war nicht München. Was war Ulm? Oder? Was war denn das für ein Logo? Auf der Folie. Also gut.
Zeilinger
Ich zeige es nicht mehr, ich zeige es nachher.
Moderator
Nicht, dass es noch ein zweiter Fehler drin ist.
Zeilinger
Vielleicht habe ich mitgekürzt. Vielleicht war es Genf. Könnte es Genf gewesen sein? Oder Bristol? Man sieht einfach, wie international...
Das war eine Kooperation. Da war der Kooper...
Moderator
Hier gibt es eine weitere Frage. Jetzt wollen wir wieder ernsthaft werden. Ja, danke. Ich habe wirklich eine ernsthafte Frage. Vielen Dank, Sie haben mir jetzt eine gute Erklärung gegeben, warum ich vergessen habe, letzte Woche Müll rauszubringen. Das kann ich meiner Frau sagen, ich war in einer super Position. Meine Frage wäre, wenn man diese Technologie anwenden könnte, der verstrengten Photonen, könnte man damit auch zum Beispiel wie ein Imaging machen? Imaging? Imaging, wie zum Beispiel Bildgebung. Imaging. Das heißt, Sie können scannen, nichtinvasiv, zum Beispiel in eine Zelle herein oder in die Materie herein und der verschränkte Photon gibt Ihnen sagt, was Sie sehen? Oder ist das nur für die Frage? Oder wäre das nur, würde das auf der Oberfläche scheitern, wenn man nicht in die Tiefe gehen kann?
Zeilinger
Das ist wieder was anderes, wie weit man in die Tiefe gehen kann,
58:35aber ich kann tatsächlich ohne ein System zu stören ein Bild machen in der Quantenphysik. Das funktioniert, da gibt es sogar zwei verschiedene Verfahren. Ich kann auch Verfahren haben, wo das Photon, das Lichtteilchen, durch die Verschränkung, das das Bild erzeugt, gar nicht mit dem Objekt in Wechselwirkung getragen wird.
Das sind ganz interessante Sachen, die derzeit noch relativ weit weg sind von einer Anwendung, aber man weiß ja nie, wie es weitergeht. Die Frage des Tiefer-Eindringens ist für Quantenteilchen genau dieselbe Frage wie für normales Licht, weil die Ausbreitungsgesetze sind nach wie vor die Maxwell'schen Gleichungen. Allerdings sind es dann Ausbreitungen von Wahrscheinlichkeiten und nicht von echten Feldern.
Moderator
Also eine neue Idee für eine quantentechnologische Anwendung. Zellen, Sie sind scheinbar in der Biologie tätig. Also wunderbar. Für den Moment wollen wir hier jetzt mal stoppen. Wir danken Anton Zeilinger für den wunderbaren Vortrag.