Ja, Menschen haben mit einem Quanten-Supercomputer Teleportation erreicht, aber es ist keine Science-Fiction-Teleportation. Wissenschaftler wollen einen ganzen Menschen teleportieren – ist ihnen das möglich? Finden wir es mit dieser neuen, weltbewegenden Entdeckung heraus!
Wissenschaftler in Oxford haben eine Möglichkeit gefunden, zwei separate Quantencomputer so zu verbinden, dass sie als ein einziger Computer zusammenarbeiten. Dies gelang ihnen mithilfe der sogenannten Quantenteleportation.
Dabei handelt es sich jedoch nicht um die Art von Teleportation, die man aus Science-Fiction-Filmen kennt – hier bewegt sich nichts physisch. Stattdessen werden Informationen augenblicklich von einem Ort zum anderen übertragen, ohne dass sie tatsächlich durch den Raum reisen.
Quantencomputer sind extrem leistungsstark, benötigen aber Millionen von Qubits, um große Probleme zu lösen. Das Problem ist, dass es nahezu unmöglich ist, Millionen von Qubits in eine Maschine zu packen. Anstatt einen riesigen Quantencomputer zu bauen, haben die Forscher herausgefunden, wie man mehrere kleinere Quantencomputer miteinander verbindet – ähnlich wie winzige Puzzleteile, um ein größeres, leistungsfähigeres System zu schaffen.
Wissenschaftler haben bereits Quanteninformationen teleportiert, doch dies ist das erste Mal, dass sie logische Gatter – die Grundbausteine eines Computerprogramms – teleportiert haben. Das bedeutet, dass die verknüpften Quantencomputer nun zusammenarbeiten können, um komplexe Programme auszuführen, genau wie eine einzelne, größere Quantenmaschine.
Kurz gesagt: Sie haben einen Weg gefunden, Quantencomputer mittels Teleportation zu verbinden, sodass sie als ein großes System funktionieren. Dies könnte dazu beitragen, Quantencomputer leistungsfähiger und praktischer in der Praxis zu machen.
Forscher der Universität Oxford haben zwei separate Quantenprozessoren mithilfe einer speziellen „photonischen Netzwerkschnittstelle“ verbunden, sodass sie als ein vollständig verbundener Quantencomputer zusammenarbeiten.
Dieser Durchbruch könnte helfen, komplexe Probleme zu lösen, die herkömmliche Computer nicht bewältigen können. Um wirklich nützlich zu sein, müssen Quantencomputer Millionen von Qubits (die Grundeinheit der Quanteninformation) verarbeiten. Der Einbau so vieler Prozessoren in eine Maschine würde diese jedoch extrem groß machen.
Der neue Ansatz verbindet kleinere Quantengeräte miteinander und ermöglicht ihnen so, die Arbeit zu teilen. Theoretisch können mit dieser Methode beliebig viele Prozessoren verbunden werden.
Quantenteleportation wurde zwar bereits früher durchgeführt, doch diese Studie ist die erste, die „logische Gatter“, die Grundbausteine von Quantenalgorithmen, über ein Netzwerk teleportiert. Dies könnte zu einem zukünftigen „Quanteninternet“ führen, in dem weit entfernte Quantenprozessoren ein hochsicheres Netzwerk für Kommunikation und Datenverarbeitung bilden.
Der leitende Forscher Dougal Main erklärte, dass ihre Methode im Gegensatz zu früheren Teleportationsexperimenten die Interaktion separater Quantensysteme ermögliche. Durch die sorgfältige Gestaltung dieser Interaktionen schufen sie logische Quantengatter zwischen Qubits in verschiedenen Quantencomputern und verbanden diese so effektiv zu einem System.
Um ihre Methode zu testen, führte das Team Grovers Suchalgorithmus aus, der Elemente in großen, unorganisierten Datensätzen deutlich schneller finden kann als ein herkömmlicher Computer. Der Erfolg dieses Experiments zeigt, wie die Verknüpfung mehrerer Quantengeräte zu leistungsstarken, skalierbaren Quantencomputern führen kann – die möglicherweise komplexe Probleme in Stunden lösen, für die heutige Supercomputer Jahre benötigen würden. ( Studie )
Dies ist keine Sci-Fi-Teleportation, aber sie ist magisch
Wissenschaftler bewiesen erstmals 1993, dass Teleportation möglich ist. Ein IBM-Team erklärte in einem Artikel, wie man einen Quantenzustand (kein physisches Objekt) teleportieren konnte. Fünf Jahre später gelang es Forschern aus Kalifornien und Großbritannien, ein Photon – ein winziges Lichtteilchen – über ein Spezialkabel zu teleportieren.
Teleportation klingt wie fliegende Autos und Zeitreisen nach Science-Fiction, doch Wissenschaftler glauben, dass Verbesserungen im Quantencomputing sie Wirklichkeit werden lassen könnten.
Bisher wurden bei den meisten Teleportationsexperimenten Photonen verwendet. Doch 2020 fanden Wissenschaftler heraus, dass auch die Teleportation von Elektronen möglich sein könnte. Elektronen könnten sich für die Teleportation besser eignen, da sie ihre Quantenzustände länger halten können.
Quantencomputing basiert auf der seltsamen Wissenschaft der Quantenverschränkung, die nichts mit unserer alltäglichen Erfahrung der Newtonschen Mechanik wie Massen, Kräften und den damit verbundenen Wirkungen zu tun hat.
Anstatt Qubits physisch von einem Computer zum anderen zu senden, nutzten sie Quantenteleportation, um Quanteninformationen sofort zu übertragen. Möglich wird dies durch ein Phänomen namens Quantenverschränkung, bei dem zwei Teilchen (Qubits) auf mysteriöse Weise miteinander verbunden sind, unabhängig von ihrer Entfernung.
Wissenschaftler verschränken zwei Qubits (winzige Quantenteilchen). Verschränkte Qubits sind wie ein magisches Paar – verändert man eines, verändert sich das andere sofort, egal wie weit sie voneinander entfernt sind. Das bedeutet, dass sie verbunden bleiben, selbst wenn sich eines auf der Erde und das andere auf dem Mond befindet.
Sie nutzten Licht (Photonen), um Quanteninformationen zwischen Computern zu übertragen. Dieser Vorgang fungiert als Brücke und ermöglicht es separaten Quantenprozessoren, miteinander zu „kommunizieren“.
Das Team teleportierte nicht nur einzelne Qubits, sondern auch logische Gatter (die Grundoperationen eines Quantencomputers). Dadurch konnten die einzelnen Quantencomputer Daten gemeinsam verarbeiten, als wären sie Teil desselben Systems.
Quantenverschränkung : Zwei Teilchen, beispielsweise ein Photonenpaar, bleiben auch über große Entfernungen hinweg miteinander verbunden. Dadurch können sie Informationen austauschen, ohne sich physisch bewegen zu müssen.
Quantenteleportation : Die nahezu augenblickliche Übertragung von Quanteninformationen über große Entfernungen mithilfe von Verschränkung.
Wissenschaftler wollen einen Menschen teleportieren – könnte dieser Durchbruch es möglich machen?
Einen ganzen Menschen von einem Ort zum anderen zu bewegen – wie in Science-Fiction-Filmen – ist derzeit nicht möglich. Der menschliche Körper besteht aus etwa 10^27 Atomen, und jedes Atom besteht aus noch kleineren Teilchen wie Elektronen, Protonen und Neutronen. Diese winzigen Teile haben wiederum ihre eigenen, noch kleineren Bestandteile, wie Quarks und Myonen, jedes mit einem einzigartigen Quantenzustand.
Um einen Menschen zu teleportieren, müssten wir eine unvorstellbar große Zahl von Quantenzuständen berechnen und diese an einem neuen Ort perfekt rekonstruieren.
Früher dachten Science-Fiction-Autoren, Teleportation bedeute, Materie zu zerlegen, irgendwohin zu schicken und wieder zusammenzusetzen. Doch die Quantenverschränkung zeigt, dass es bei Teleportation nicht um die Bewegung physischer Materie geht, sondern um die Übertragung von Informationen, die einen Quantenzustand beschreiben, so der Physiker Paul Davies.
Wenn wir die Herausforderung der Rechenleistung meistern können – und dabei könnten bessere Quantencomputer hilfreich sein –, könnte die Teleportation eines Menschen dann so einfach sein wie das Scannen seines Körpers und das Versenden der Daten wie ein E-Mail-Anhang?
Eine physikalische Regel (das Unschärfeprinzip) besagt jedoch, dass wir Geschwindigkeit und Position eines Partikels nicht gleichzeitig kennen können. Das bedeutet, egal wie sorgfältig wir jedes Partikel in Ihrem Körper scannen, die Kopie wird nie 100 % perfekt sein.
Was könnten diese kleinen Fehler bedeuten? Vielleicht sieht Ihr teleportiertes Ich zwar gut aus, mag aber plötzlich Brokkoli, obwohl Sie ihn früher gehasst haben. Oder schlimmer noch: Die Fehler könnten schwerwiegend sein und große Probleme verursachen, wenn Ihr Körper wieder zusammengesetzt wird.
Selbst wenn es uns gelingt, alle diese Herausforderungen zu bewältigen, müssen wir uns mit einer philosophischen Frage auseinandersetzen: Bilden die Atome in Ihrem Körper und alle ihre Quantenzustände das Wesen, das Sie für sich selbst halten?
Der Experimentalphysiker und theoretische Physiker John Clauser, der zusammen mit seinen Kollegen für seine Arbeit zur Quantenverschränkung den Nobelpreis für Physik 2022 erhielt, hat zu dieser Frage eine Sichtweise, die Sie vielleicht zum Nachdenken anregen könnte.
„Stellen Sie sich vor, man sagt Ihnen, wenn Sie diese Kiste betreten, wird jedes Atom Ihres Körpers zerlegt, wodurch Ihr Körper vollständig zerstört wird und Sie sterben“, sagt Clauser. „Außerdem wird Ihnen gesagt, dass danach ein Replikant von Ihnen herumläuft … und Ihr Leben, wie Sie es kennen, übernimmt … Würden Sie diese Kiste betreten? Ich würde es ganz sicher nicht tun!“
Während die direkte Teleportation von Materie noch immer spekulativ ist, legen einige theoretische Ansätze alternative Ansätze nahe: Wenn der menschliche Geist vollständig als Quantensystem verstanden werden kann, könnte es eines Tages möglich sein, Bewusstsein „hochzuladen“ und „herunterzuladen“.
Neuere Studien in der Quantenbiologie legen nahe, dass Quantenphänomene im menschlichen Bewusstsein eine Rolle spielen könnten.
Dr. Hameroffs Forschung konzentriert sich auf die Rolle von Mikrotubuli – Proteinstrukturen in Zellen – im Bewusstsein. Gemeinsam mit Sir Roger Penrose entwickelte er in den 1990er Jahren das Orch-OR-Modell (Orchestrated Objective Reduction) des Bewusstseins.
Diese Theorie geht davon aus, dass Bewusstsein durch Quantencomputerprozesse in den Mikrotubuli des Gehirns entsteht, unter Einfluss der fundamentalen Struktur der Raumzeit auf Quantenebene. Dem Modell zufolge könnte dies Phänomene wie Wahrnehmung, Selbstbewusstsein und möglicherweise sogar Spiritualität und das Leben nach dem Tod erklären und das Bewusstsein mit der Grundstruktur des Universums verbinden.
Dr. Stuart Hameroff beschäftigt sich seit fast seinem ganzen Leben mit dem Mysterium des Bewusstseins. Anstatt Hirnforschung oder Psychologie zu studieren, interessierte er sich für Anästhetika – Medikamente, die Bewusstlosigkeit verursachen – aufgrund ihrer Verbindung zum Bewusstsein. ( Klicken Sie hier, um den vollständigen Artikel zu lesen )
„Ich habe über Neurologie, Psychologie und Neurochirurgie nachgedacht, aber nichts davon schien das Problem des Bewusstseins zu behandeln“, sagt Hameroff, ein pensionierter Anästhesieprofessor der University of Arizona. Er erinnert sich noch gut an seinen ersten Besuch an der Universität und die Begegnung mit dem Leiter der Anästhesieabteilung. Der Leiter sagte: „Wenn Sie das Bewusstsein verstehen wollen, müssen Sie herausfinden, wie Anästhesie funktioniert, denn wir wissen nicht, wie sie funktioniert.“
Dr. Hameroff meint, dass Bewusstsein im Kern als „Aufmerksamkeit“ verstanden werden kann, was er mit einer „phänomenalen Erfahrung“ gleichsetzt – der subjektiven Erfahrung der Welt um uns herum oder unserer inneren Gedanken und Gefühle aus erster Hand.
In den letzten Jahren haben Forschungen zu Quanteneffekten in biologischen Systemen, einschließlich Mikrotubuli, einige Kritiker zum Umdenken veranlasst. Dr. Hameroff ist der Ansicht, dass der Fokus auf KI und Computertechnik die Aufmerksamkeit von der wahren Natur des Bewusstseins abgelenkt hat. Trotz der Kritik verteidigt er die Theorie weiterhin und untersucht sogar die Möglichkeit, dass Bewusstsein schon vor dem Leben selbst existierte – eine Ansicht, die, wie er zugibt, in den spirituellen Bereich tendiert.
Quantenverschränkung in Neuronen könnte tatsächlich das Bewusstsein erklären
In ihrer neu veröffentlichten Arbeit erklären die Physiker Zefei Liu und Yong-Cong Chen von der Universität Shanghai sowie der Biomedizintechniker Ping Ao von der Sichuan-Universität in China, wie verschränkte Photonen, die von Kohlenstoff-Wasserstoff-Bindungen in der Nervenzellisolierung emittiert werden, die Aktivität im Gehirn synchronisieren könnten. ( Quelle )
Ihre Erkenntnisse kommen nur wenige Monate, nachdem ein anderes Quantenphänomen namens Superradianz in zellulären Strukturen identifiziert wurde, und lenken die Aufmerksamkeit auf eine höchst spekulative Theorie des Bewusstseins, das sogenannte Penrose-Hameroff-Modell der „orchestrierten objektiven Reduktion“.
Wissenschaftler hatten noch einen ganz anderen Grund, sich in Bezug auf Quantentheorien des Bewusstseins skeptisch zu verhalten: Die unruhigen Gezeiten der Biologie galten lange als zu chaotisch, zu laut und zu „groß“, als dass die Quantenmechanik in irgendeiner bedeutenden Weise zum Vorschein kommen könnte.
Das von dem hoch angesehenen Physiker Roger Penrose und dem amerikanischen Anästhesisten Stuart Hameroff vorgeschlagene Modell geht davon aus, dass Netzwerke aus Zytoskelett-Tubuli, die den Zellen – in diesem Fall unseren Neuronen – Struktur verleihen, als eine Art Quantencomputer fungieren, der in gewisser Weise unser Denken prägt.
Die Bewegung dieser verbundenen Photonen durch die Biochemie des Gehirns könnte dazu beitragen, Prozesse zu verknüpfen, die für die Synchronisierungsfähigkeit des Gehirns wichtig sind.
Das Wort „könnte“ spielt hier eine wichtige Rolle. Zwar gibt es viele wissenschaftliche Erkenntnisse, die diese Theorie teilweise stützen, doch gibt es derzeit nur Hinweise darauf, dass verschränkte Photonen biologische Prozesse bei der Photosynthese beeinflussen.
Das heißt jedoch nicht, dass es keine Beispiele für Quantenbiologie bei Tieren gibt. Es gibt zunehmend Hinweise darauf, dass die Elektronenspins in bestimmten Proteinen, den sogenannten Cryptochromen, durch Magnetfelder beeinflusst werden können. Dies könnte erklären, wie manche Tiere über weite Strecken navigieren.
Wir sind noch weit davon entfernt zu beweisen, dass in unserem Gehirn mehr als nur klassische Chemie abläuft oder dass unsere Gehirnfunktionen von einer Quantenkraft gesteuert werden. Es könnte jedoch an der Zeit sein, zu überdenken, ob Quantenphänomene zumindest einige der grundlegenden Gehirnfunktionen beeinflussen.
