Peking/Wien. (est/apa) Heute arbeiten Computer mit binären Codes von Null oder Eins. Künftig ticken sie zum Schlag der Quanten, die schneller sind. Quanten können beide Zustände, Null und Eins, zugleich annehmen. Zudem bleiben sie wie von Zauberhand über x-beliebige Distanzen miteinander verbunden. All dies können wir allerdings nicht direkt beobachten. Denn eine Wechselwirkung - also die aktive Teilnahme eines Beobachters aus der festen Welt - verändert die Quanten-Zustände. Jeder Messprozess stört die Situation. Das eröffnet völlig neue Möglichkeiten der Informationsverarbeitung. Ein Hacker, der ein Quantencomputersystem knackt, hätte nämlich - nichts.

All dies entspricht nicht der Alltagserfahrung der meisten Menschen. Dennoch können Physiker die fragilen Quantenzustände von Atomen über immer weiter entfernte Distanzen kontrollieren und manipulieren. China hat nun in der Nacht auf Dienstag vom Weltraumbahnhof Jiuquan in der Wüste Gobi den ersten Quantenkommunikationssatelliten gestartet. Mit dem "Micius" genannten Satelliten wollen chinesische und Wiener Forscher erstmals abhörsichere Quantenkommunikation zwischen Weltraum und Erde - konkret Bodenstationen in China und Österreich - testen. Wenn die Experimente klappen, könnte die Welt Quantencomputern und einem Quanteninternet einen Schritt näher treten.

Beim Start dabei waren der Quantenphysiker und Präsident der Akademie der Wissenschaften (ÖAW), Anton Zeilinger, und der Rektor der Universität Wien, Heinz Engl. Zeilinger zeigte sich erfreut über den gelungenen Start, "damit ist ein erster Schritt zu einer weltweiten Quantenkommunikation gesetzt", wie er betonte. Engl verwies auf die Kooperation in dem austro-chinesischen Projekt "Quantum Experiments at Space Scale" (QUESS), die Grundlagenforschung auf internationalem Top-Niveau ermögliche. "Damit werden wir das Quanteninternet wesentlich vorantreiben und langfristig die Kommunikation weltweit auf ein neues Level heben."

Der Satellit startete um 1.40 Uhr Ortszeit mit einer Rakete vom Typ "Langer Marsch 2D". Das rund 620 Kilo schwere Gerät wird die Erde auf einer polaren Umlaufbahn in 500 Kilometer Höhe umkreisen. An Bord befinden sich spezielle Quellen für Lichtteilchen und Transmitter zu deren Übertragung. Benannt ist der Satellit nach dem chinesischen Philosophen Micius, der im 5. Jahrhundert vor Christus nach chinesischen Quellen entdeckt hat, dass sich Licht geradlinig ausbreitet.

Die Wissenschafter wollen sich quantenphysikalische Phänomene zunutze machen, um kryptographische Schlüssel vom Satelliten zu Bodenstationen auf der Erde zu übertragen. Ziel ist, ein Modell für vollständig abhörsichere Datenverbindungen über bisher unerreichte Distanzen zu schaffen. Projektleiter Pan Jian-Wei, der bei Zeilinger an der Universität Wien promoviert hat, beschrieb die Methode im chinesischen Staatsfernsehen CCTV als "revolutionär": "Quanten-kodierte Information ist völlig sicher, selbst die besten Computer können das nicht knacken."

Im Mittelpunkt der Experimente steht das eingangs beschriebene Phänomen der Verschränkung, von Albert Einstein als "spukhafte Fernwirkung" bezeichnet: Zwei Teilchen, etwa Photonen, bleiben über beliebige Distanzen miteinander verbunden. Was immer man mit einem Teilchen tut, beeinflusst scheinbar augenblicklich auch den Zustand des anderen Teilchens. Auf diese Weise können Informationen über - theoretisch - beliebige Distanzen übertragen werden.

"Spukhafte Fernwirkung"


Zeilinger und sein Team von der Uni Wien und dem Institut für Quantenoptik und Quanteninformation (IQOQI) der ÖAW haben die Distanzen der Verschränkung in den vergangenen Jahren bis zur Rekorddistanz von 144 Kilometer ausgedehnt. Noch weitere Strecken sind auf der Erde nicht möglich, weil sie durch die Atmosphäre gestört werden. Genau deshalb haben die Forscher ihre Experimente nun ins Weltall verlagert. Gelingen die Experimente mit "Micius", hätten die Physiker den Nachweis erbracht, dass die "spukhafte Fernwirkung" auch über 1000 Kilometer (je 500 Kilometer von Bodenstationen zum Satelliten) aufrecht bleibt.

Die österreichischen Forscher stellen in Europa Empfangsstationen zur Verfügung. Das sind die "Satellite Laser Ranging Station" in Graz-Lustbühel vom Institut für Weltraumforschung der ÖAW und das "Hedy Lamarr Quantum Communication Telescope" am Dach des IQOQI in Wien-Alsergrund. In China sind laut "Chinese Journal of Space Science" sechs Bodenstationen geplant. Noch in diesem Jahr sollen erste Übermittlungen an österreichische Bodenstationen erfolgen.