Saturday, March 22, 2008

Das Satellitenexperiment

da hat man mir zu viel der Ehre zuerkannt. Das Team, das das Ganze gemacht hat ist eine italienisch-östereichische Kollaboration, wobei der Hauptteil bei unseren italienischen Kollegen liegt.
Zur Präzisisierung, was wir gemacht haben, und weil das auf der ORF home page gefragt wurde: Wir haben nicht einzelne Photonen, sondern schwache Laserpulse hinaufgeschickt, sodaß im Schnitt pro Puls nur 0,4 Photonen wieder zum Sendeteleskop zurückkommen. Dann haben wir genau geschaut, wann wir diese zurückkommenden Photonen registrieren. Da gibtes es jede Menge Hintergrund. Aber die richtigen Photonen erkennt man daran, dass sie genau zur richtigen Zeit wieder ankommen. Diese Zéit weiss man, weil man genau die Distanz zum Satelliten kennt. Und da haben wir genau zu dieser Zeit signifikant öfter einzelne Photonen registriert, als zu anderen Zeiten. Wir haben dann noch weitere statistische Analysen gemacht, um sicherzustellen, dass es sich nicht um ein Artifakt handelt.

10 comments:

Andreas said...

Gratulation zu diesem schönen Experiment. Ich hatte es nicht für möglich gehalten, einzelne Photonen, oder derart schwache Laserpulse wie in diesem Experiment, im Hintergrundrauschen der Atmosphäre noch dingfest zu machen. Andererseits ist die "problematische" Strecke mit ca 10km ja viel kürzer als diejenige von Teneriffa.

Ich komme gerade von einem Vortrag in Stanford, wo über die nächste Generation von weltumspannenden Kommunikationsnetzwerken die Rede war (Stichwort LTE long term evolution, alles wireless, weltumspannend, sehr schnell, etc).

Aber das was da gemacht wurde, wäre wohl wert, auf einer Konferenz zur übernächsten Generation der Kommunikationsnetzwerke präsentiert zu werden. Bloss gibt es solche nicht..

cubefox said...

Ich habe eine Frage Herr Zeilinger:

Können Sie grob(!) schätzen wie lange es dauern wird bis die Quantenkryptografie per Satellit auch in der Praxis (In größerem Umfang, z.B. Telekommunikation, Internet) einsetzbar sein könnte? Oder ist das Verfahren generell nicht praxistauglich?


Ich stelle diese Frage vor dem Hintergrund, dass es in absehbarer Zeit möglicherweise ausreichend leistungsfähige Quantencomputer geben könnte, die die klassische (RSA-basierte) Kryptografie mit Hilfe des Shor-Algorithmus obsolet machen würde. Das heißt alle heute in der Praxis einsetzbaren Verschlüsselungsverfahren (die, so weit ich weiß, alle auf RSA basieren) wären wertlos. Sichere Telekommunikation wäre also nur noch unter Einsatz von Quantenkryptografie möglich.

Weite Entfernungen (deutlich mehr als 100 km) sind aber (noch?) nicht per Glasfaserkabel basierter Quantenkryptografie möglich. Die von Ihnen und Ihren Kollegen vorgeführte Methode scheint die einzige zu sein, die in der Lage ist weite Strecken (wie es globale Telekomunikation erfordert) zu überbrücken. Immerhin haben Sie einen neuen Entfernungsrekord aufgestellt. Glückwunsch an dieser Stelle für Ihre erfolgreiche Arbeit. :)

colorspace said...

@cubefox

Soweit ich verstanden habe, handelt es sich hier noch nicht notwendigerweise um verschränkte Photonen, es wäre also ein mehr allgemeiner Entfernungsrekord. Obwohl das dann vielleicht nur noch ein relativ kleiner Schritt ist.

Anonymous said...

Hallo Herr Zeilinger,
Ihre Experimente und Interpretationen treffen oft auf das öffentliche Gehör auch ausserhalb der Physiker-Gemeinde, weil sie grundlegende Fragen menschlicher Weltanschauung berühren.
Leider werden dabei oft die physikalischen Tatsachen aber auch im öffentlichen "Vexierspiegel" verzerrt, so dass mehr Glaube als Wissen übrig bleibt. Hierfür tragen Sie (oder andere Wissenschaftler) freilich keine Schuld. Umso mehr begrüsse ich Ihren Web-Blog, in dem Sie auch jene angesprochene Öffentlichkeit erreichen können und öffentlich aus Ihrem "Nähkästchen" plaudern.
Als Beispiel zu Ihrem Blogeintrag sei auf eine Mitteilung eines vielbeachteten deutschen Forums (von primär Nichtpysikern)verwiesen:
http://www.heise.de/newsticker/Quantenkommunikation-im-All--/meldung/105412

Meine Einträge dort:
http://www.heise.de/newsticker/foren/S-Re-Ueberlichtgeschwindigkeit/forum-134331/msg-14624009/read/
http://www.heise.de/newsticker/foren/S-Re-Ueberlichtgeschwindigkeit/forum-134331/msg-14624183/read/

Beste Grüsse

florian said...

Ich hätte da auch noch eine Frage, die mich schon beschäftigt, seit ich das erste mal von diesem Experiment gehört habe. Inwiefern unterscheidet sich dieses Experiment von den Laserentfernungsmessungen die mit dem Mond gemacht werden. Auf dem Mond steht ja auch ein Reflektor der regelmäßig von der Erde aus (McDonald-Observatorium in Texas) angepeilt wird. Auch da werden Laserimpulse zum Mond geschickt und die reflektierten Photonen gemessen. Und der Mond ist ja doch ein Stückchen weiter entfernt als ein Satellit... Ging es bei diesem Experiment um irgendwelche speziellen technischen Grundlagen?

florian said...

Hallo... ein zweiter Florian?

Anonymous said...

Warum denn 0,4 Photonen? Ein Photon pro Puls wäre mir einleuchtender...

florian said...

Ist doch nur ein Durchschnittswert.
Also 4 von 10 Photonen wurden wiedergefunden...

Stefan said...

Finde das Experiment sehr spannend. Das mit den 0,4 Photonen hat mich beim ersten Lesen auch ein bischen irritiert, ist aber ganz offensichtlich nur der Durchschnittswert.

Was mich ebenfalls - und etwas nachhaltiger - irritiert hat, ist der folgende Artikel:

http://science.orf.at/science/news/135763

Kurzes Zitat daraus:
"So könnte die Erkenntnis, dass einzeln beobachtete Lichtteilchen (Photonen) einen Informationsgehalt von zwei statt einem bit - wie bisher angenommen - haben, die Entwicklung von Quantencomputern vorantreiben."

War nach der Lektüre von Einsteins Schleier der felsenfesten Meinung, ein elementares Quant hat nur einen Informationsgehalt von einem bit. Möchte gerne Herrn Zeilinger an dieser Stelle fragen, wie man darauf kommt, dass ein elementares Quant nun doch 2 statt 1 bit Info hat?

Stefan said...

Verständnisfrage:

Habe eine Verständnisfrage an alle Quantenmechaniker hier im Forum.

Es geht um das Mach-Zehnder-Interferometer wie in A. Zeilingers Buch "Einsteins Schleier" (Goldmann) auf S. 183 beschrieben.
Allerdings zielt meine Frage auf eine "delayed-choice"-Modifikation dieses Experiments ab:

1. Der von links in das Interferometer einfallende Lichtstrahl (Teilchenstrom) wird auf eine Achse (horizontal od. vertikal) polarisiert. Im oberen Arm des Interferometers befindet sich ein Polarisationsfilter im 45°-Winkel zu dieser gewählten Achse.
Das würde doch bewirken, dass keine Interferenz mehr auftritt, da die Wege nun unterscheidbar sind.

2. Bringt man nun vor den jeweiligen Detektoren am Ende der Interferometerarme jeweils ein Polarisationsfilter an, welches den Winkel des Filters im oberen Arm zu "verschleiern" vermag, so kann die Weginformation "ausgelöscht" werden und Interferenz findet wieder statt.

3. Nun heißt es ja beim "delayed-choice"-Experiment immer, die Entscheidung, diese beiden Filter vor den Detektoren zu postieren, könne auch noch getroffen werden, nachdem die entsprechende Teilwelle das Interferometer bereits komplett durchlaufen hat.

4. Was aber passiert, wenn die Detektoren einige Lichtjahre oder aber auch nur Lichtmillisekunden voneinander entfernt sind (mein Gedankenexperiment findet mit einem kontinuierlichem Teilchenstrom statt). Beide Filter sind nun vor den Detektoren mit entsprechendem Winkeln zur Auslöschung der Weginformation postiert. Durch plötzliches Verändern der Winkelstellung am Interferenzdetektor um 45° (also so, dass alle Photonen von diesem Filter geblockt werden, die über den unteren Arm an diesem Detektorfilter ankommen) kann ich für jedes Photon dort sagen, dass es den oberen Arm als Weg genommen haben muss. Damit würde aber die Interferenz - sofort - verschwinden und der einige Lichtjahre entfernte "Weg"-Detektor müsste instantan (mehr) Teilchen registrieren (die registrierte Teilchenmenge pro Zeiteinheit sollte sich also je nach Modifikation des Experimentes - instantan - ändern, womit eine überlichtschnelle Signalübertragung möglich wäre).

5. Da dies aber laut spezieller Relativitätstheorie nicht möglich zu sein scheint, frage ich mich, wo hier mein Denkfehler ist??

Würde mich über eine Analyse meines Gedankenexperimentes durch euch sehr freuen!!