Nimm zwei Teilchen. Erzeuge sie gemeinsam, im selben Moment, am selben Ort. Und dann trenne sie. Bring das eine nach Wien und das andere nach Peking.
Miss jetzt das eine. In dem Augenblick, in dem Du das Ergebnis hast, steht auch das Ergebnis des anderen fest. Sofort. Ohne Verzögerung. Über zehntausend Kilometer hinweg.
Das ist kein Gedankenexperiment. Genau das wurde 2017 gemacht.
Albert Einstein hielt so etwas für ausgeschlossen. Er nannte es „spukhafte Fernwirkung“ und war überzeugt, dass hier ein Fehler in der Theorie steckt. Er hat sich geirrt. 2022 gab es für den Nachweis den Nobelpreis für Physik.
Und heute baut man daraus Verschlüsselung, die man physikalisch nicht abhören kann.
Das hier ist der dritte und letzte Teil meiner kleinen Serie über die Quantenphysik. Vorher ging es um „Alles ist Energie“ und um den Beobachtereffekt. Dieser Teil funktioniert aber auch für sich allein.
Ich sage gleich vorweg, was am Ende steht, damit Du weisst, worauf das hinausläuft: Die Verschränkung ist real. Und trotzdem kann man mit ihr nichts übertragen. Kein Signal, keine Nachricht, keinen Gedanken. Das ist kein technisches Problem, das ist ein bewiesenes Verbot.
Wie beides zusammenpasst, ist die spannendste Geschichte, die ich in den letzten Monaten gelesen habe.
1935: Einstein will die Quantenmechanik zu Fall bringen
Einstein hatte ein Problem mit der Quantenmechanik. Kein kleines.
Die neue Theorie behauptete, dass Eigenschaften eines Teilchens vor der Messung schlicht nicht festgelegt sind. Nicht „wir wissen es noch nicht“, sondern „es steht noch nicht fest“. Für Einstein war das unerträglich. Von ihm stammt der berühmte Satz, dass Gott nicht würfelt.
Also setzt er sich 1935 mit zwei Kollegen zusammen, Boris Podolsky und Nathan Rosen, und schreibt eine Arbeit, die die Theorie erledigen soll. Sie ist heute als EPR-Aufsatz bekannt, nach den Anfangsbuchstaben der drei Namen.
Ihre Argumentation ist raffiniert. Sinngemäss:
Wenn zwei Teilchen gemeinsam entstehen, hängen ihre Eigenschaften zusammen. Miss ich das eine, weiss ich sofort etwas über das andere. Wenn nun aber die Eigenschaft des zweiten Teilchens erst im Moment meiner Messung entsteht, dann müsste diese Information schneller als das Licht zum zweiten Teilchen gelangen. Und das verbietet Einsteins eigene Relativitätstheorie.
Der Schluss der drei: Die Eigenschaften müssen also vorher schon feststehen. Die Teilchen tragen sozusagen einen versiegelten Zettel mit sich herum, auf dem das Ergebnis steht. Die Quantenmechanik sieht das nicht, also ist sie unvollständig.
Im selben Jahr prägt Erwin Schrödinger für dieses seltsame Zusammenhängen einen Begriff, den wir bis heute benutzen: Verschränkung.
Und dann passiert erst mal fast dreissig Jahre lang… nichts.
Die Frage galt als philosophisch. Als etwas, worüber man beim Bier diskutiert, aber nicht messen kann. Beide Seiten sagten dasselbe Ergebnis voraus. Es schien keinen Weg zu geben, das zu entscheiden.
1964: Der Mann, der aus einer Meinung ein Experiment machte
Und jetzt kommt für mich die eigentliche Heldengeschichte der ganzen Serie. Sie handelt von einem Iren namens John Stewart Bell.
Bell arbeitet am CERN in Genf. Sein Job dort hat mit dieser Frage überhaupt nichts zu tun, er beschäftigt sich mit Teilchenbeschleunigern. Die Verschränkung ist sein Hobby. Er denkt darüber in seiner Freizeit nach.
Und dann macht er etwas, das ich für eine der elegantesten Leistungen der Wissenschaftsgeschichte halte.
Bell rechnet nach, was passieren müsste, wenn Einstein recht hätte. Also wenn die Teilchen tatsächlich diesen versiegelten Zettel dabeihaben. Er kommt auf eine mathematische Obergrenze: Wenn man sehr viele Messungen macht und sie auf eine bestimmte Weise auswertet, dann darf ein bestimmter Wert eine feste Schranke nicht überschreiten. Nie.
Das ist die Bellsche Ungleichung.
Und die Quantenmechanik sagt einen Wert voraus, der über dieser Schranke liegt.
Verstehst Du, was er da gemacht hat? Aus dreissig Jahren Philosophie hat er ein Messproblem gemacht. Man muss nicht mehr diskutieren, wer die schönere Weltanschauung hat. Man muss nur noch nachmessen.
Bell hat dabei übrigens gehofft, dass Einstein recht behält. Er fand die Quantenmechanik selbst unbefriedigend.
Das ist der Punkt, den ich an dieser Geschichte am meisten mag: Er hat das Werkzeug gebaut, mit dem seine eigene Hoffnung widerlegt wurde. Und er hat es trotzdem gebaut.
Und dann wurde nachgemessen
Jetzt musste es nur noch jemand tun. Und das war schwierig, weil man einzelne Teilchen präzise erzeugen, trennen und messen musste.
1972 baut John Clauser in Kalifornien den ersten echten Test. Sein Ergebnis: Die Grenze wird überschritten. Einstein liegt falsch. Clauser bekommt dafür damals wenig Anerkennung, das Thema gilt als Spinnerei und ist der Karriere eher abträglich.
1982 schliesst Alain Aspect in Paris eine wichtige Lücke. Kritiker hatten eingewandt, die Messgeräte könnten sich vorher irgendwie „abgesprochen“ haben. Aspect entscheidet deshalb erst dann, wie er misst, wenn die Teilchen bereits unterwegs sind. Ergebnis: unverändert.
Ab den 1990ern treibt es Anton Zeilinger in Innsbruck und Wien auf die Spitze. Sein Team schickt verschränkte Photonen durch einen Kanal unter der Donau. Später über 144 Kilometer zwischen zwei Kanarischen Inseln.
2022 bekommen Clauser, Aspect und Zeilinger gemeinsam den Nobelpreis für Physik.
Fünfundachtzig Jahre nach Einsteins Einwand war die Sache endgültig entschieden. Die Teilchen tragen keinen versiegelten Zettel mit sich herum. Die Verschränkung ist echt.
2017: Ein Satellit namens Micius
Und weil das noch nicht genug war, hat China den Versuch ins Weltall verlegt.
Der Satellit trägt den Namen Micius, nach einem chinesischen Philosophen. Er erzeugt verschränkte Photonenpaare und schickt jeweils eines davon zu zwei Bodenstationen, die über 1.200 Kilometer auseinanderliegen.
Auch über diese Distanz: Die Bellsche Ungleichung wird verletzt. Die Verschränkung hält.
Im selben Jahr wird damit eine Videokonferenz zwischen Peking und Wien geführt, abgesichert mit einem Schlüssel, den der Satellit verteilt hat. Auf der Wiener Seite sass Anton Zeilinger.
Zwei Kontinente, ein Schlüssel aus dem Orbit, und ein Physiker, der vierzig Jahre vorher angefangen hatte, an so etwas zu arbeiten.
Warum das abhörsicher ist
Jetzt zu der Anwendung, die dahintersteckt, denn die ist ziemlich schlau.
Klassische Verschlüsselung beruht darauf, dass eine Rechenaufgabe zu schwer ist. Sehr grosse Zahlen zu zerlegen dauert mit heutigen Computern extrem lange. Das Problem daran: Es ist eine Wette auf die Rechenleistung von morgen. Was heute Jahrmillionen bräuchte, knackt vielleicht in zwanzig Jahren ein Quantencomputer in einer Woche.
Die Quantenverschlüsselung wettet auf etwas anderes. Sie wettet auf Physik.
Es gibt einen bewiesenen Satz, der besagt, dass man einen unbekannten Quantenzustand nicht kopieren kann. Man nennt ihn das No-Cloning-Theorem. Wer den Schlüssel unterwegs abgreifen will, muss ihn messen. Und jede Messung verändert den Zustand.
Der Lauscher hinterlässt zwangsläufig Spuren. Nicht weil er ungeschickt ist, sondern weil die Physik es nicht anders zulässt.
Sender und Empfänger vergleichen hinterher einen kleinen Teil ihrer Daten. Stimmen die Fehlerraten nicht, war jemand dran. Dann wirft man den Schlüssel weg und macht einen neuen.
Man muss dem Übertragungsweg also nicht vertrauen. Man merkt einfach, wenn er nicht sauber war. Diesen Gedanken finde ich weit über die Physik hinaus bemerkenswert, und ich komme darauf zurück.
Warum Dich das als Unternehmer betrifft. Und zwar jetzt.
An dieser Stelle wird es aus einem Physikartikel plötzlich eine sehr praktische Angelegenheit. Denn dieselbe Technologie, die abhörsichere Leitungen ermöglicht, bedroht gleichzeitig alles, was Du heute an Verschlüsselung benutzt.
Die Verschlüsselung Deiner Bankgeschäfte, Deiner Mails, Deiner Kundendaten beruht darauf, dass bestimmte Rechenaufgaben zu lange dauern. Sehr grosse Zahlen in ihre Primfaktoren zu zerlegen zum Beispiel. Ein normaler Computer bräuchte dafür je nach Schlüssellänge Zeiträume, die länger sind als das Alter des Universums.
Ein ausreichend grosser Quantencomputer bräuchte Stunden.
Solche Maschinen gibt es heute noch nicht. Die Fachwelt nennt den Tag, an dem es sie gibt, salopp den Q-Day. Wann er kommt, weiss niemand. Die Schätzungen reichen von zehn bis dreissig Jahren, und sie sind alle mit Vorsicht zu geniessen.
Das Problem, das heute schon existiert
Jetzt könnte man sagen: gut, dann kümmern wir uns in zehn Jahren darum.
Genau das ist der Denkfehler. Es gibt eine Angriffsform, die einen hübsch zynischen Namen trägt: Harvest now, decrypt later. Sinngemäss: heute einsammeln, später entschlüsseln.
Ein Angreifer greift verschlüsselte Daten ab und kann sie nicht lesen. Macht nichts. Er speichert sie einfach. Festplattenplatz kostet fast nichts. Und wenn in fünfzehn Jahren die passende Maschine existiert, entschlüsselt er in Ruhe alles, was er seit Jahren gesammelt hat.
Für die meisten Alltagsdaten ist das egal. Wen interessiert 2040 noch Deine Terminabsprache von heute?
Aber überleg mal, was in Deinem Unternehmen an Daten liegt, die auch in zwanzig Jahren noch brisant sind. Verträge mit langen Laufzeiten. Beteiligungsstrukturen. Patente und Entwicklungen. Personalakten. Gesundheitsdaten. Alles, was mit Geld und Eigentum zu tun hat.
Die Frage ist nicht, ob Deine heutigen Daten in zwanzig Jahren lesbar werden. Die Frage ist, ob es dann noch jemanden interessiert.
Was dagegen bereits passiert
Die gute Nachricht: Daran wird seit Jahren gearbeitet, und es geht nicht um Quantencomputer, sondern um bessere Mathematik.
Die US-Standardisierungsbehörde NIST hat 2024 die ersten Verfahren zur sogenannten Post-Quanten-Kryptografie als Standard veröffentlicht. Das sind Verschlüsselungsverfahren, die auch ein Quantencomputer nicht knacken kann, weil sie auf ganz anderen mathematischen Problemen beruhen. Sie laufen auf ganz normaler Hardware. Das deutsche Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik empfiehlt die Umstellung ebenfalls.
Grosse Anbieter migrieren bereits. Bei Browsern und Messengern läuft das im Hintergrund, ohne dass Du etwas merkst.
Was Du als Unternehmer tun kannst, ist unspektakulär, aber sinnvoll: Frag Deinen IT-Dienstleister, ob er das Thema auf dem Schirm hat und wann er umstellt. Nicht heute Nacht. Aber die Antwort „welches Thema?“ wäre ein schlechtes Zeichen.
Und jetzt der Teil, der fast alle enttäuscht
Wenn zwei Teilchen über 1.200 Kilometer hinweg sofort zusammenhängen… dann kann man damit doch Nachrichten schneller als das Licht schicken, oder? Oder wenigstens irgendetwas übertragen?
Nein. Und zwar nicht „noch nicht, aber vielleicht später mal“. Sondern nie. Das ist bewiesen und heisst No-Communication-Theorem.
Der Grund ist so einfach, dass er fast schon frech ist:
Du kannst nicht bestimmen, was Du misst.
Wenn Du Dein Teilchen misst, bekommst Du ein zufälliges Ergebnis. Du kannst nicht entscheiden, dass da jetzt bitte eine Eins herauskommen soll. Der andere bekommt ebenfalls ein zufälliges Ergebnis. Beide sehen jeweils für sich nur… Rauschen. Reinen Zufall.
Die Verbindung wird überhaupt erst sichtbar, wenn beide ihre Ergebnislisten nebeneinanderlegen und vergleichen. Und dieser Vergleich läuft über einen ganz normalen Kanal. Telefon, Internet, Brieftaube. Mit maximal Lichtgeschwindigkeit.
Erinnerst Du Dich an den Quantenradierer aus dem Artikel über den Beobachtereffekt? Da war es dasselbe Prinzip. Das Muster wird erst beim nachträglichen Abgleich sichtbar. Vorher ist da nur Rauschen.
Und deshalb, so gern ich es auch anders erzählen würde:
Verschränkung überträgt nichts. Sie erlaubt keine Gedankenübertragung, keine Fernheilung und keine Beeinflussung über Distanz. Sie erzeugt eine Korrelation, die man erst hinterher sehen kann. Die Physik verbietet den Rest ausdrücklich.
Und was ist mit Teleportation?
Einen Begriff muss ich noch aufräumen, weil er für die meisten Missverständnisse sorgt, die mir zu diesem Thema begegnen: Quantenteleportation.
Das gibt es wirklich. Zeilingers Team hat 2004 den Zustand eines Photons durch einen Kanal unter der Donau übertragen. Später ging es über 144 Kilometer zwischen zwei Kanarischen Inseln.
Nur passiert dabei etwas völlig anderes, als der Name vermuten lässt.
Es wird kein Material transportiert. Nichts löst sich auf und erscheint woanders. Was übertragen wird, ist ausschliesslich der Zustand eines Teilchens auf ein anderes, bereits vorhandenes Teilchen am Zielort.
Und, das ist der springende Punkt: Es funktioniert nur, wenn zusätzlich eine ganz normale Nachricht mitgeschickt wird. Über Glasfaser, Funk, irgendetwas Klassisches. Ohne diese Zusatzinformation kann der Empfänger mit seinem Teilchen nichts anfangen.
Damit ist auch die Quantenteleportation an die Lichtgeschwindigkeit gebunden. Kein Beamen, keine Abkürzung durch Raum und Zeit.
Ich finde es trotzdem beeindruckend. Nur eben aus dem richtigen Grund: Man kann den exakten Zustand eines Teilchens auf ein anderes übertragen, ohne diesen Zustand jemals selbst zu kennen oder auszulesen.
Was ich daraus für mich mitnehme
Und damit zu dem Teil, der mich als Unternehmer eigentlich am meisten beschäftigt. Ich sage wieder klar dazu: Das sind Analogien, keine physikalischen Ableitungen. Die Quantenmechanik sagt nichts über Dein Leben aus. Aber diese Geschichte enthält vier Lektionen, die ziemlich hart zuschlagen.
Erstens: Einstein war überzeugt. Und lag falsch.
Das ist mein Lieblingsdetail der ganzen Serie.
Wir reden hier nicht von irgendjemandem. Wir reden von dem Mann, der die Relativitätstheorie geschrieben hat, dem grössten Physiker seines Jahrhunderts. Er hatte gute Gründe, er hatte Erfahrung, er hatte eine brillante Argumentation.
Und er lag daneben.
Wenn Einstein bei einem Thema, mit dem er sich zwanzig Jahre beschäftigt hat, falsch liegen kann… wie sicher bist Du Dir eigentlich bei Deiner Einschätzung über den Markt, den Mitarbeiter, den Kunden?
Überzeugung ist kein Beweis. Sie fühlt sich nur genauso an.
Zweitens: Die bessere Frage schlägt die feste Meinung
Dreissig Jahre lang haben sich sehr kluge Leute gestritten. Beide Lager hatten Argumente. Es ging keinen Millimeter voran.
Was den Knoten löste, war keine bessere Meinung. Es war Bells Frage: Wie könnte man das entscheiden?
Ich sehe das in Unternehmen ständig. Zwei Leute streiten seit Monaten darüber, ob eine Massnahme funktioniert. Beide argumentieren. Niemand kommt auf die Idee zu fragen, woran man es nach acht Wochen erkennen würde.
Wer aus einer Meinungsfrage eine Messfrage macht, beendet den Streit.
Drittens: Er hat das Werkzeug gebaut, das ihn widerlegte
Bell hoffte, dass Einstein recht behält. Und er baute trotzdem genau das Instrument, das diese Hoffnung zerstörte.
Das ist eine Haltung, die mir im Geschäftsleben selten begegnet. Meistens bauen wir uns Auswertungen, die bestätigen, was wir ohnehin denken. Wir fragen die Kunden, von denen wir wissen, dass sie zufrieden sind. Wir schauen auf die Zahl, die gerade gut aussieht.
Die ehrliche Frage lautet: Welches Ergebnis würde mich widerlegen? Und misst Du das auch?
Ich habe genau das bei meinem eigenen alten Artikel über das Gesetz der Anziehung machen müssen. Es war unangenehm. Es war richtig.
Viertens: Sicherheit durch Prüfbarkeit, nicht durch Vertrauen
Das ist der Gedanke aus der Quantenkryptografie, und ich halte ihn für den praktischsten von allen.
Die Leitung ist nicht deshalb sicher, weil man dem Anbieter vertraut. Sie ist sicher, weil Manipulation zwangsläufig sichtbar wird.
Übertrag das auf Verträge, auf Kooperationen, auf Beteiligungen. Die stabilsten Vereinbarungen, die ich kenne, sind nicht die mit den nettesten Partnern. Es sind die, bei denen beide Seiten jederzeit sehen können, was der andere tut.
Das ist kein Misstrauen. Im Gegenteil. Transparenz nimmt den Druck, ständig vertrauen zu müssen. Und genau dadurch entsteht dann echtes Vertrauen.
Über das Gegenteil davon, nämlich Beziehungen, in denen jeder nur noch sich selbst absichert, habe ich in Zwischen Selbstoptimierung und sozialer Kälte geschrieben.
Der erste Schritt für heute
Nimm Dir eine Überzeugung vor, die in Deinem Geschäft oder in Deinem Kopf gerade als gesetzt gilt. Etwas, worüber Du seit Monaten diskutierst, ohne dass es vorangeht.
Und dann stell die Bell-Frage. Nicht: „Wer hat recht?“
Sondern: „Woran würden wir es erkennen?“
Schreib eine einzige Zahl auf, einen Termin und einen Schwellenwert. „Wenn bis Ende Oktober weniger als X passiert, war die Annahme falsch.“
Das ist alles. Aber es verwandelt eine endlose Diskussion in ein Experiment. Und Experimente enden irgendwann, Diskussionen nicht.
Damit ist die Serie komplett
Drei Artikel, ein Thema, und für mich am Ende eine ziemlich unerwartete Erkenntnis.
Ich bin in diese Recherche gegangen, weil mich die Quantenphysik seit Jahren fasziniert und weil ich lange mit Vorstellungen unterwegs war, die sich als falsch herausgestellt haben. Was ich erwartet hatte: dass die nüchterne Version langweiliger ist als die spirituelle.
Das Gegenteil war der Fall.
Die echte Geschichte hat einen Patentbeamten, der die Physik umwarf. Einen Doktoranden in Tübingen, der die feinsten Schlitze der Welt in Handarbeit herstellte. Einen Iren, der in seiner Freizeit ein achtzig Jahre altes Rätsel entscheidbar machte. Und einen Mann, der 48 Jahre auf den Beweis für seine Idee wartete und dann im Publikum sass und weinte.
Man muss der Wirklichkeit nichts hinzufügen, damit sie erstaunlich wird.
Man muss nur bereit sein, genau hinzusehen. Auch wenn dabei ein paar liebgewonnene Überzeugungen draufgehen.
Häufig gestellte Fragen
Was ist Quantenverschränkung einfach erklärt?
Zwei Teilchen, die gemeinsam entstanden sind, bilden ein zusammenhängendes System. Misst man eine Eigenschaft des einen, steht die entsprechende Eigenschaft des anderen sofort fest, unabhängig von der Entfernung. Die Eigenschaften sind vor der Messung nicht festgelegt, sondern entstehen erst dabei.
Was meinte Einstein mit spukhafter Fernwirkung?
Einstein hielt es für unmöglich, dass eine Messung an einem Ort augenblicklich etwas an einem weit entfernten Ort festlegt. Er vermutete deshalb 1935 im EPR-Aufsatz, die Quantenmechanik sei unvollständig und die Teilchen trügen ihre Eigenschaften bereits vorher in sich. Experimente haben diese Annahme widerlegt.
Was ist die Bellsche Ungleichung?
Eine von John Stewart Bell 1964 formulierte mathematische Obergrenze. Sie gibt an, wie stark Messergebnisse höchstens zusammenhängen dürfen, wenn die Eigenschaften vorher feststehen. Wird diese Grenze im Experiment überschritten, ist Einsteins Erklärung ausgeschlossen. Genau das messen Experimente seit 1972.
Wer bekam den Nobelpreis für Quantenverschränkung?
Der Nobelpreis für Physik ging 2022 an Alain Aspect, John Clauser und Anton Zeilinger für ihre Experimente mit verschränkten Photonen und den Nachweis der Verletzung der Bellschen Ungleichung.
Kann man mit Quantenverschränkung schneller als Licht kommunizieren?
Nein. Das No-Communication-Theorem schliesst das aus. Man kann das eigene Messergebnis nicht bestimmen, es ist zufällig. Auf jeder Seite sieht man nur Rauschen. Der Zusammenhang wird erst sichtbar, wenn beide Seiten ihre Ergebnisse über einen gewöhnlichen Kanal vergleichen, und der ist an die Lichtgeschwindigkeit gebunden.
Wie funktioniert Quantenkryptografie?
Ein Schlüssel wird über einzelne Quantenteilchen übertragen. Da ein unbekannter Quantenzustand nicht kopiert werden kann, verändert jeder Abhörversuch die Teilchen zwangsläufig. Sender und Empfänger vergleichen einen Teil ihrer Daten. Weicht die Fehlerrate ab, war jemand dran und der Schlüssel wird verworfen.
Was war der Micius-Satellit?
Ein chinesischer Forschungssatellit, der 2017 verschränkte Photonen an zwei Bodenstationen im Abstand von rund 1.200 Kilometern verteilte. Im selben Jahr wurde damit eine quantenverschlüsselte Videokonferenz zwischen Peking und Wien abgesichert.
Beweist die Quantenverschränkung, dass alles miteinander verbunden ist?
Physikalisch trägt der Begriff so weit nicht. Verschränkung entsteht nur zwischen Teilchen, die gemeinsam erzeugt oder gezielt in Wechselwirkung gebracht wurden, sie zerfällt bei Kontakt mit der Umgebung extrem schnell und überträgt keine Information. Ob es darüber hinaus so etwas wie Verbundenheit gibt, liegt ausserhalb dessen, was die Physik beantworten kann. Sie widerspricht dem nicht, sie misst es nur nicht.
Quellen und weiterführende Literatur
- Einstein, Podolsky, Rosen: „Can Quantum-Mechanical Description of Physical Reality Be Considered Complete?“, Physical Review, 1935
- Erwin Schrödinger: Arbeiten zur Verschränkung, 1935
- John S. Bell: „On the Einstein Podolsky Rosen Paradox“, Physics, 1964
- Alain Aspect et al.: Experimente zur Bellschen Ungleichung, Paris, 1982
- Anton Zeilinger: „Einsteins Spuk. Teleportation und weitere Mysterien der Quantenphysik“
- Nobelpreis für Physik 2022: Alain Aspect, John F. Clauser, Anton Zeilinger
- Wootters und Zurek: No-Cloning-Theorem, Nature, 1982
- Micius-Satellit: Ergebnisse zur Verteilung verschränkter Photonen über 1.200 km, 2017
Und jetzt Du: Welche Überzeugung in Deinem Leben hältst Du für unumstösslich… und woran würdest Du eigentlich merken, dass sie falsch ist? Schreib es mir in die Kommentare, das interessiert mich ehrlich. Und wenn Dir die Serie gefallen hat, teile sie gern 🙂
