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Quantenmechanik: Einstein-Radar hebt den Stealth-Schutz auf

stern-Logo stern 09.06.2020 Gernot Kramper
Illustration des Prototypen. © PR/IST Austria/Philip Krantz Illustration des Prototypen.

Peking hat den Westen 2016 mit der Behauptung geschockt, ein Quanten-Radar bauen zu können, um Stealth-Flugzeuge aufzuspüren. In einer Machbarkeitsstudie zeigen westlichen Wissenschaftler nun, dass man Einsteins "spukhafte Fernwirkung" von Quanten tatsächlich für ein Radar nutzen kann.

Wissenschaftler arbeiten daran, eine der merkwürdigsten Erscheinungen der Quantenphysik für ein sogenanntes Quantenradar nutzbar zu machen. Der Effekt nennt sich " Quantenverschränkung" und scheint den Gesetzen des Universums zu widersprechen. Zwei Elementarteilchen können so miteinander - "verschränkt" - verbunden sein, dass sie unmittelbar miteinander kommunizieren. Veränderung bei einem Teilchen betreffen immer auch das andere Teilchen und dabei werden die Gesetze von Zeit und Raum ausgehebelt. Die Veränderung teilt sich unmittelbar mit, sie unterliegt nicht den Beschränkungen der Lichtgeschwindigkeit. Die "Quantenverschränkung" schlägt gewissermaßen ein Loch in das Einstein'sche Universum, so wie die Ergebnisse des Michelson-Morley-Experiments 1887 die Vorstellung Newtons vom Raum erschüttert haben. Einstein sprach dann auch von einer "spukhaften Fernwirkung".

Wirklich verstanden ist diese Wirkung immer noch nicht, doch in einer neuen Studie weisen Wissenschaftler aus dem Westen nach, dass man diesen Effekt zum Bau einer Radaranlage nutzen könnte.

Das ist für den Westen insofern alarmierend, weil schon im Jahr 2016 chinesische Wissenschaftler behauptet haben, so eine Anlage für das Militär bauen zu können. Die neue Studie von Physikern des Institute of Science and Technology Austria (IST Austria), des MIT und der University of York sagt nun, dass das offenbar kein PR-Stunt Pekings war, sondern, dass ein Radar auf Grundlage des Quanteneffekts möglich ist.

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Größere Genauigkeit 

Genau genommen handelt es sich nicht um ein Radar, da keine Radarwellen ausgesandt werden, sondern um einen Quantenstrahler. In dem Versuch der Physiker werden zunächst Photonenpaare miteinander verschränkt. Dann gilt es, die Photonen zu trennen. In Richtung des zu messenden Objekts werden Signalphotonen ausgesendet, die sogenannten Leerlaufphotonen werden in einer Falle gehalten und von allen Störungen isoliert. Sobald das Signalphoton nun irritiert beziehungsweise von einem Objekt reflektiert wird, bemerkt man diese "Störung" an dem entsprechenden Photon in der Falle. Anders als beim Radar wird die Störung sofort erfasst und man ist nicht darauf angewiesen die Reflexion der Radarwellen anzumessen.

Noch ist der Prozess zerbrechlich und experimentell, doch glaubt das Team, dass das Quantenradar unter bestimmten Umständen besser arbeiten wird als das klassische Radar. Das liegt schon daran, dass die Teilchen sehr viel genauer messen können als ein System, das Wellen aussendet, bei denen die benutzte Wellenlänge die Genauigkeit der Messung beeinflusst.

Medizinische Anwendungen 

"Was wir gezeigt haben, ist ein proof of concept für das Mikrowellen-Quantenradar", sagt Shabir Barzanjeh, Hauptautor der Studie. "Mit Hilfe der Verschränkung, die bei einigen tausendstel Grad über dem absoluten Nullpunkt erzeugt wird, konnten wir Objekte mit geringem Reflexionsvermögen bei Raumtemperatur erkennen."

"Die Hauptbotschaft hinter unserer Forschung ist, dass 'Quantenradar' oder 'Quantenmikrowellen-Beleuchtung' nicht nur in der Theorie, sondern auch in der Praxis möglich ist." Anwendungen sehen die Wissenschaftler bei Sicherheitsscannern und in der Medizin, also in sehr kleinräumigen Anwendungen. Die chinesische Anlage soll bereits 2016 eine Reichweite von 100 Kilometern erreicht haben.

Pekings Anti-Stealth-Radar

Wirklich Sprengkraft liegt in der militärischen Nutzung. Die USA und nun auch andere Länder haben viel Geld und Mühe in die Entwicklung der Stealth-Technik gesteckt. Auf ihr basiert die Überlegenheit der US-Luftwaffe. Alle Stealth-Techniken reduzieren den sogenannten Radarschatten und zerstreuen die auftreffenden Radarwellen in einer Weise, dass der Radarempfänger kein beziehungsweise nur ein sehr schwaches und ungenaues Signal erhält. Diese Täuschungstechniken würden beim Quantenradar nicht greifen. Sobald die emittierten Signalphotonen auf ein Objekt, ob Stealth oder nicht, treffen, werden die Leerlaufphotonen dieses Objekt unmittelbar anzeigen. Wenn man diesen Effekt außerhalb des Labors einsetzen kann, würden die Zieldaten zudem sehr viel genauer sein als die Ergebnisse von heutigen Radaranlagen.

Quelle: IST AustriaScienceAdvances

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