Das Quantenjahrhundert
1925 wurde die Physik revolutioniert. Erwin Schrödinger und Werner Heisenberg formulierten unabhängig voneinander die Gleichungen, die das Verhalten von Materie auf subatomarer Ebene beschreiben: Auf der kleinsten Ebene der Realität ist nichts gewiss, bis es gemessen wird; Teilchen existieren gleichzeitig in mehreren Zuständen, und zwei Objekte, die Kilometer voneinander entfernt sind, können im selben Augenblick dasselbe Schicksal teilen. Einstein war von dieser neuen Dimension nicht gänzlich begeistert.
Ein Jahrhundert später leben wir umgeben von den Früchten dieses Durchbruchs. Anwendungen wie der Transistor – der das Handy in unserer Hosentasche antreibt – der Laser – der Barcodes im Supermarkt liest – die Atomuhr – die GPS koordiniert – sie alle sind das Ergebnis angewandter Quantenphysik. Die erste Quantenrevolution.
Nun haben wir begonnen andere. Er Der diesjährige Turing-Preis Die Verleihung des renommiertesten Preises der Informatik – erstmals an Wissenschaftler im Bereich der Quanteninformation – ist ein unmissverständliches Zeichen. Charles Bennett, Physiker bei IBM, und Gilles Brassard, Informatiker an der Universität Montreal, erhielten den Preis für die Begründung der Quanteninformationswissenschaft. Ihre Zusammenarbeit begann 1979 in Puerto Rico, als Bennett Brassard am Hotelpool, in dem sie während einer Konferenz wohnten, ansprach und ihm folgende Idee vorschlug: die Gesetze der Quantenmechanik zu nutzen, um fälschungssicheres Geld zu schaffen.
1984 veröffentlichten beide das BB84-ProtokollDas erste Quantenkryptographiesystem: ein geheimer Schlüssel, der in Lichtphotonen übertragen wird und automatisch zerstört wird, sobald jemand versucht, ihn abzufangen. 1993 gingen sie noch einen Schritt weiter und beschrieben die Quantenteleportation: die Übertragung von Information zwischen verschränkten Teilchen, unabhängig von deren Aufenthaltsort. Dies ist keine Science-Fiction, sondern eine reale und fundamentale Eigenschaft der Teilchen, aus denen das Universum besteht.
Heute haben diese Ideen die Labore verlassen. Ingenieure der Universität von Pennsylvania haben Quantensignale über das kommerzielle Glasfasernetz von Verizon übertragen. Der Staat New York hat 300 Millionen Dollar in ein Quantenzentrum in Stony Brook investiert. China betreibt bereits ein 2.000 Kilometer langes Quantenkommunikationsnetz zwischen Peking und Shanghai. Das Quanteninternet – in dem die Privatsphäre nicht von schwierigen mathematischen Problemen, sondern von den Gesetzen der Physik abhängt – befindet sich bereits im Aufbau.
Und die Quantenverschränkung erweist sich als noch vielschichtiger als bisher angenommen. Forscher wie Jonathan Oppenheim nutzen die Quanteninformationstheorie, um eines der größten Rätsel der Physik zu untersuchen: das Informationsparadoxon Schwarzer Löcher. Wenn ein Schwarzer Loch… Das Schwarze Loch verdampft; wohin verschwinden die Informationen? Wovon hat es alles verschlungen? Verschränkung könnte die Antwort sein. Derselbe Mechanismus, der unsere Kommunikation schützt, könnte das Schicksal der Materie am Rande des Universums erklären.