Wenn Informationsträger und Nachricht sich kreuzen

Wie üblich sind es die fiktiven Protagonisten «Alice» und «Bob», die in diversen Erklärungen der mitunter seltsamen Quantenwelt vorkommen, die auch in der aktuellen Studie miteinander kommunizieren wollen. Würden sie dafür herkömmliche Kommunikationskanäle nutzen, wären dabei immer Teilchen oder Wellen beteiligt, die sich in die gleiche Richtung wie die Information bewegen. Das kann ein Brief sein, die Radiowellen eines Handys oder Lichtteilchen in einer Glasfaserleitung. Wenn immer Alice Bob eine Nachricht schickt, bewegen auch sie sich von ihrer Position zu seiner.

In einer Kooperation der Universitäten Wien und Cambridge und des Massachusetts Institute of Technology (MIT) unter der Leitung von Philip Walther vom Vienna Center for Quantum Science and Technology (VCQ) ist es nun gelungen, ein neues, sogenanntes kontrafaktisches Kommunikationsprotokoll zu realisieren. Davon berichten die Wissenschaftler im Fachjournal «NPJ Quantum Information». Als Informationsträger verwendeten die Forscher einzelne Lichtteilchen (Photonen), die sich von Alice zu Bob bewegen, während die Information dagegen von Bob an Alice übertragen wird.

«Es gibt in unseren Experimenten keine Informationsträger, die sich in die gleiche Richtung wie Nachricht bewegen», sagte die Erstautorin der Studie, Irati Alonso Calafell, von der Uni Wien gegenüber der Nachrichtenagentur APA. Um entweder eine Null oder eine Eins an Alice zu übertragen, muss Bob lediglich seine Hälfte des experimentellen Aufbaus entsprechend umgestalten, wodurch Alices Photon entweder bei ihm bleibt oder zu Alice zurückkehrt und dort von ihr detektiert wird. So kann sie aus der reinen An- beziehungsweise Abwesenheit des Photons Bobs Nachricht entschlüsseln.

Das besondere daran ist, dass Bob mit dem Lichtteilchen nie interagiert hat, selbst wenn es wieder zu Alice zurückkehrt. Somit bewegen sich die Informationsträger entweder von Alice zu Bob oder sie bleiben bei Alice, aber nie wandert eines von ihnen von Bob zu Alice.

Um diesen paradox wirkenden, quantenmechanischen Effekt experimentell zu realisieren, verwendeten die Forscher einen am MIT entwickelten, programmierbaren, nanophotonischen Prozessor, eine Art Computerchip für Photonen. Die Experimente selbst wurden in Wien durchgeführt, die zugehörige Theorie wiederum kam von der Universität Cambridge.