Physikern ist auf dem Gebiet der Quantenmechanik eine Leistung gelungen, die den Gesetzen der Physik und dem gesunden Menschenverstand zu widersprechen scheint: Sie haben dem leeren Raum Energie entzogen. Der herkömmlichen Ansicht nach ist es unmöglich, Energie direkt aus dem Vakuum zu gewinnen, da dieses keine Energie enthält. Masahiro Hotta, ein theoretischer Physiker an der Tohoku-Universität in Japan, hat jedoch einen anderen Ansatz vorgeschlagen. Er geht davon aus, dass das Vakuum unter bestimmten Bedingungen zur Energiefreisetzung gezwungen werden könnte.

Die Idee von Masahiro Hotta stieß zunächst auf Skepsis und wurde von den Forschern weitgehend abgelehnt, da sie die Gewinnung von Energie aus dem leeren Raum für unwahrscheinlich halten. Bei genauerer Analyse stellte man jedoch fest, dass es sich bei dem Vorschlag des Physikers um ein bestimmtes Quantenphänomen handelte, das mehr Ähnlichkeit mit der Teleportation von Energie zwischen verschiedenen Orten als mit der Erzeugung von Energie hatte.

In den letzten Jahren wurde in zwei unabhängigen Experimenten Energie in Quantengeräten über mikroskopische Distanzen teleportiert, was den Beweis lieferte, dass Energieteleportation ein echtes Quantenphänomen ist.

Hottas anfängliche Skepsis gegenüber der Quantenenergieteleportation entstand aus seinem Bestreben, die Stärke der Verschränkung zu messen, einer Quantenbindung, die Objekte auch dann miteinander verbindet, wenn sie weit voneinander entfernt sind. Er vermutete, dass negative Energie, ein exotisches Konzept der Quantentheorie, zur Messung der Verschränkung genutzt werden könnte. Die Untersuchung des Physikers brachte ein unerwartetes und überraschendes Ergebnis zutage: Eine einfache Abfolge von Ereignissen könnte den leeren Raum (Vakuum) dazu bringen, Energie freizusetzen, die vorher nicht vorhanden war.

Dieses kontraintuitive Phänomen entsteht aufgrund der besonderen Natur des Quantenvakuums, das aufgrund der inhärenten Fluktuationen der Quantenfelder niemals in einem absoluten Nullenergiezustand stabilisiert wird. Die als Nullpunktenergie bekannten Schwankungen sorgen für ein Mindestenergieniveau für jedes Feld, selbst im leeren Raum. Hotta entdeckte, dass durch Ausnutzung der bei Vakuumfluktuationen vorhandenen Verschränkung Energie aus dem Grundzustand des Systems gewonnen werden konnte.

An dem Verfahren sind Alice und Bob beteiligt, zwei Physiker. Bob möchte Energie, hat aber nur Zugriff auf den leeren Raum. Alice, die sich an einem entfernten Ort befindet, misst das Quantenfeld und injiziert Energie hinein, wodurch das allgemeine Feld von seinem Grundzustand abgelenkt wird. Bob, der nichts von Alice‘ Handlungen weiß, nutzt von ihr gesendete Informationen über Vakuumschwankungen, um Energie aus seinem lokalen Vakuum zu gewinnen. Die gewonnene Energie ist auf die von Alice eingespeiste Menge begrenzt. Dadurch wird die Energieerhaltung gewährleistet und eine Verletzung fundamentaler physikalischer Prinzipien verhindert.

Trotz Hottas bahnbrechender Natur und seiner erfolgreichen Experimente stießen die Konzepte der Quantenenergieteleportation zunächst auf Skepsis und wurden als bloßer weiterer unrealistischer Versuch abgetan, die Energie des leeren Raums nutzbar zu machen. Masahiro Motta blieb jedoch bei der Entwicklung und Förderung seiner Idee beharrlich und wurde dabei von anderen Physikern, darunter William Unruh, ermutigt.

Bei der experimentellen Validierung der Quantenenergieübertragung kam es aufgrund unvorhergesehener Umstände, wie etwa dem Tohoku-Erdbeben und Geräteschäden, zu erheblichen Verzögerungen. Die Forschung wurde jedoch schließlich vorangetrieben und zwei unabhängige Gruppen führten experimentelle Demonstrationen durch. Eine Gruppe verwendete Kernspinresonanztechnologie, um Energieteleportation zwischen Kohlenstoffatomen durchzuführen, während die andere Gruppe die Quantencomputerplattform von IBM nutzte, um die Quantenenergieteleportation in einem Qubit zu demonstrieren.

Die erfolgreichen Experimente bewiesen die Möglichkeit der Energieteleportation und gelten als wichtige Meilensteine. Hotta betrachtet die Experimente jedoch immer noch als Quantensimulationen und nicht als natürliche Phänomene. Seine laufende Forschung zielt darauf ab, die Nullpunktenergie eines Systems zu nutzen, dessen Grundzustand von Natur aus eine Verschränkung aufweist, indem er sie in den fundamentalen Quantenfeldern beobachtet, die sich durch das Universum bewegen.

Die potenziellen Anwendungen der Quantenenergieteleportation sind vielfältig. Es kann zur Stabilisierung von Quantencomputern beitragen und das Studium von Wärme, Energie und Verschränkung in Quantensystemen ermöglichen. Darüber hinaus bestehen Aussichten, die Energieteleportation in den aufstrebenden Bereich des Quanteninternets zu integrieren.

Während diese Suche nach negativer Energiedichte und den Auswirkungen auf die Raumzeit für einige Forscher interessant ist, warnen andere, dass das Verständnis der Quantenkorrelationen noch sehr oberflächlich sei und sich noch in der Entwicklung befinde. Um die Möglichkeiten und Auswirkungen der Quantenenergieteleportation zu verstehen, bedarf es weiterer Forschung.

Hotta ist erfreut darüber, dass es sich bei dem Prozess der Quantenenergieteleportation um ein echtes physikalisches Phänomen handelt und er ist davon überzeugt, dass es sich dabei um echte Physik und nicht nur um Science-Fiction handelt.