Albert Einstein proposed teleportation in 1935, but was skeptical. However, this didn’t stop science fiction writers from beaming, as the line „Beam me up, Scotty“ from „Enterprise,“ Star Trek: The Original Series (1966–1969) demonstrates. Today, however, teleportation and beaming are reality. A team from BIOLAS@TU Dresden (TUD) and TU Darmstadt has now beamed horses as videos using laser beams. The images of the horses can be transported from one space to another without any time delay using entangled photons (light particles). For biomedicine, this opens up exciting applications in cancer diagnostics, which will be researched in the „Physics of Life“ cluster at TU Dresden.
Background: Quantum computing, quantum communication, and now quantum imaging enable fundamentally new applications. In 2022, Anton Zeilinger, among others, received the Nobel Prize in Physics for quantum teleportation (spooky action at a distance). In addition to secure communication via teleportation, Anton Zeilinger also pioneered quantum imaging, which is now expected to find applications in biomedicine. The project „3D Quantum Imaging with Undetected Light and Wavefront Control“ is funded by the German Research Foundation (DFG). The team includes Dr. Stefan Krause, Dr. Lars Buettner, and Prof. Juergen Czarske from TU Dresden, BIOLAS (Biomedical Computational Laser Systems), as well as Prof. Markus Graefe and Jonas Vasikonis from TU Darmstadt. Albert Einstein described quantum entanglement as „spooky action at a distance,“ in which light particles (photons) are connected in such a way that they share the same fate even over great distances. If the property of one entangled particle is measured, the corresponding property of the other particle is immediately known. Because these photons are correlated, their interaction with the object can provide information about its properties, thus enabling a new form of imaging for biomedicine. The underlying technology is also important for the further development of quantum computing. The BMBF’s 6G-life cluster is also pursuing applications of quantum communication in the direction of quantum internet and quantum robotics.
It is also conceivable that cheat sheets could be teleported from home to the classroom in real time and without a direct connection using AR glasses (AR, augmented reality, see the film Minority Report). However, the project is pursuing applications using quantum holography of entangled photons, which are urgently needed for biomedicine.
Quantenpferde laufen im Barkhausen-Bau
Albert Einstein stellte 1935 die Teleportation vor, war jedoch skeptisch. Science-Fiction-Autoren hielt das jedoch nicht vom Beamen ab, wie der Satz „Beam me up, Scotty“ aus „Enterprise“, Star Trek: The Original Series, 1966–1969, zeigt. Heute sind Teleportation und Beamen aber Realität. Ein Team der TU Dresden (TUD), Center BIOLAS und der TU Darmstadt hat nun Pferde gebeamt, als Videos mit Laserstrahlen. Die Bilder der Pferde können mithilfe verschränkter Photonen (Lichtteilchen) ohne Zeitverzögerung von einem Raum in einen anderen transportiert werden. Für die Biomedizin eröffnet dies spannende Anwendungen in der Krebsdiagnostik, die im Cluster „Physik des Lebens“ der TU Dresden erforscht werden sollen.
Hintergrund: Quantencomputing, Quantenkommunikation und nun auch Quantenbildgebung ermöglichen grundlegend neue Anwendungen. 2022 erhielt unter anderem Anton Zeilinger den Nobelpreis für Physik für Quantenteleportation (spukhafte Fernwirkung). Neben der sicheren Kommunikation per Teleportation leistete Anton Zeilinger auch Pionierarbeit in der Quantenbildgebung, die heute in der Biomedizin Anwendung finden soll. Das Projekt „3D-Quantenbildgebung mit nicht-detektiertem Licht und Wellenfrontkontrolle“ wird von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert. Zum Team gehören Dr. Stefan Krause, Dr. Lars Buettner und Prof. Juergen Czarske von der TU Dresden (BIOLAS, Biomedical Computational Laser Systems) sowie Prof. Markus Graefe und Jonas Vasikonis von der TU Darmstadt. Albert Einstein beschrieb Quantenverschränkung als „spukhafte Fernwirkung“, bei der Lichtteilchen (Photonen) so miteinander verbunden sind, dass sie auch über große Entfernungen hinweg dasselbe Schicksal teilen. Misst man die Eigenschaft eines verschränkten Teilchens, ist die entsprechende Eigenschaft des anderen Teilchens sofort bekannt. Da diese Photonen korreliert sind, kann ihre Wechselwirkung mit dem Objekt Informationen über dessen Eigenschaften liefern und so eine neue Form der Bildgebung für die Biomedizin ermöglichen. Die zugrunde liegende Technologie ist auch für die Weiterentwicklung des Quantencomputings von Bedeutung. Auch im BMBF-Cluster 6G-life werden Anwendungen der Quantenkommunikation in Richtung Quanteninternet und Quantenrobotik verfolgt.
Denkbar ist auch, dass Spickzettel in Echtzeit und ohne direkte Verbindung von zu Hause ins Klassenzimmer in eine AR-Brille teleportiert werden (AR: Augmented Reality, siehe der Film Minority Report). Aber im Projekt werden Anwendungen mit der Quantenholografie von verschränkten Photonen verfolgt, die dringend für die Biomedizin benötigt werden.