Mit ihren 180-Grad-Ansichten von Erde und Weltraum ist die Kuppel der ISS der perfekte Ort für die Fotografie. Österreichische Forscher wollen jedoch die einzigartige Panorama-Plattform nutzen, um die Grenzen der „gruseligen Fernwirkung“ zu testen, um ein neues Quantenkommunikationsnetzwerk zu schaffen.
In einer neuen Studie, die am 9. April 2012 im New Journal of Physics veröffentlicht wurde, schlägt eine Gruppe österreichischer Forscher vor, die bereits an Bord der ISS befindliche Kamera - die Nikon 400-mm-NightPOD-Kamera - mit einem optischen Empfänger auszustatten, der für die Durchführung der Kamera von entscheidender Bedeutung ist erstes quantenoptisches Experiment im Weltraum. Die NightPOD-Kamera zeigt in der Kuppel zum Boden und kann Bodenziele bis zu 70 Sekunden lang verfolgen, sodass Forscher einen geheimen Verschlüsselungsschlüssel über größere Entfernungen als derzeit mit Glasfasernetzen auf der Erde möglich abprallen können.
„Während einiger Monate im Jahr durchläuft die ISS fünf bis sechs Mal hintereinander die richtige Ausrichtung, damit wir unsere Experimente durchführen können. Wir planen, das Experiment für eine ganze Woche einzurichten und daher mehr als genug Links zur ISS zur Verfügung zu haben “, sagte Co-Autor der Studie Professor Rupert Ursin von der Österreichischen Akademie der Wissenschaften.
Albert Einstein prägte in seinen philosophischen Kämpfen mit Neils Bohr in den 1930er Jahren erstmals den Ausdruck „gruselige Fernwirkung“, um seine Frustration über die Unzulänglichkeiten der neuen Theorie der Quantenmechanik zu erklären. Die Quantenmechanik erklärt Aktionen auf kleinsten Skalen im Bereich der Atome und Elementarteilchen. Während die klassische Physik Bewegung, Materie und Energie auf der Ebene erklärt, die wir sehen können, beobachteten Wissenschaftler des 19. Jahrhunderts Phänomene sowohl in der Makro- als auch in der Mikrowelt, die mit der klassischen Physik nicht einfach zu erklären waren.
Insbesondere Einstein war mit der Idee der Verstrickung unzufrieden. Eine Verschränkung tritt auf, wenn zwei Teilchen so tief miteinander verbunden sind, dass sie dieselbe Existenz teilen. Dies bedeutet, dass sie dieselben mathematischen Beziehungen zwischen Position, Spin, Impuls und Polarisation haben. Dies kann passieren, wenn zwei Partikel zum gleichen Zeitpunkt in der Raumzeit erzeugt werden. Im Laufe der Zeit, wenn sich die beiden Teilchen selbst durch Lichtjahre im Raum weit voneinander trennen, deutet die Quantenmechanik darauf hin, dass eine Messung des einen Teilchens das andere unmittelbar beeinflussen würde. Einstein wies schnell darauf hin, dass dies gegen das durch die spezielle Relativitätstheorie festgelegte universelle Tempolimit verstoße. Es war dieses Paradoxon, das Einstein als gruselige Handlung bezeichnete.
Der CERN-Physiker John Bell löste dieses Rätsel 1964 teilweise, indem er auf die Idee nicht-lokaler Phänomene kam. Während die Verschränkung es einem Teilchen ermöglicht, sofort von seinem genauen Gegenstück beeinflusst zu werden, bewegt sich der Fluss klassischer Informationen nicht schneller als Licht.
Das ISS-Experiment schlägt vor, ein „Bell-Experiment“ zu verwenden, um den theoretischen Widerspruch zwischen Vorhersagen in der Quantenphysik und der klassischen Physik zu testen. Für das Bell-Experiment würde ein Paar verschränkter Photonen am Boden erzeugt; Einer würde von der Bodenstation an Bord der ISS zur modifizierten Kamera gesendet, während der andere zum späteren Vergleich lokal am Boden gemessen würde. Bisher haben Forscher einen geheimen Schlüssel an Empfänger gesendet, die nur wenige hundert Kilometer voneinander entfernt sind.
„Laut Quantenphysik ist die Verschränkung unabhängig von der Entfernung. Unser vorgeschlagenes Experiment vom Typ Bell wird zum ersten Mal in einem Experiment zeigen, dass sich Partikel über große Entfernungen - etwa 500 km - verwickeln “, sagt Ursin. "Unsere Experimente werden es uns auch ermöglichen, mögliche Auswirkungen der Schwerkraft auf die Quantenverschränkung zu testen."
Die Forscher weisen darauf hin, dass die geringfügige Änderung einer Kamera, die sich bereits an Bord der ISS befindet, Zeit und Geld spart, die für den Bau einer Reihe von Satelliten erforderlich sind, um die Ideen der Forscher zu testen.
