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Forschende der Universitäten Rostock und Hamburg haben erstmals gezeigt, dass verborgene, latente Symmetrien selbst dann die zuverlässige und präzise Übertragung von Quantenzuständen ermöglichen, wenn das zugrundeliegende Netzwerk keine sichtbare Symmetrie aufweist. Die Ergebnisse ebnen den Weg zu neuen sicheren Methoden der Quantenkommunikation und Quantenkryptographie. Die Arbeit wurde in der Fachzeitschrift eLight am 13. Januar 2026 veröffentlicht.
Symmetrien gehören zu den kraftvollsten Ordnungsprinzipien der Natur. Sie bestimmen nicht nur das Aussehen von Schneeflocken und Blüten, sondern auch die fundamentalen Wechselwirkungen von Teilchen und die physikalischen Gesetze, die sie beschreiben.
Bekannte Symmetrien wie Translation, Rotation oder Spiegelung zeigen sich unmittelbar in der Geometrie eines Systems. Doch nicht alle Symmetrien sind mit bloßem Auge sichtbar. Man spricht von latenter Symmetrie als eine Form von Ordnung, die tief in den spektralen Eigenschaften eines Systems verborgen liegt. Professor Alexander Szameit, Leiter der Rostocker Arbeitsgruppe, veranschaulicht diesen abstrakten Begriff mit einem Bild aus der Musik: „Ähnlich wie das gesamte Tonspektrum eines Instruments beschreibt das Spektrum die verschiedenen ‘Frequenzen’, mit denen Dynamik in einem Netzwerk auftreten kann.“ Bemerkenswerterweise kann sich ein System, in dem latente Symmetrien auftreten, trotz ihrer Unsichtbarkeit dennoch symmetrisch verhalten. So lassen sich asymmetrische oder sogar rein zufällig angeordnete Systeme gestalten, die völlig unerwartete symmetriegetriebene Eigenschaften und Funktionalitäten aufweisen.
In ihrer neuen Publikation „State Transfer in Latent-Symmetric Networks“ berichten Physiker der Universitäten Rostock und Hamburg über die erste experimentelle Demonstration einer Quantenzustandsübertragung, die auf verborgenen Symmetrien beruht. Mit einem Netzwerk aus laser¬geschriebenen optischen Wellenleitern gelang es den Forschenden, photonische Schaltkreise aufzubauen, die diese außergewöhnliche Eigenschaft in sich tragen – oder vielmehr geschickt verbergen – und sie für die Übertragung nichtklassischer Lichtzustände nutzbar zu machen. Normalerweise breitet sich Licht, das an einer einzelnen Stelle in ein Netzwerk eingespeist wird, ohne Symmetrie gleichmäßig über alle Knoten aus.
Jonas Himmel, Doktorand und Erstautor der Studie, erklärt: „Unser System verhält sich ganz ähnlich – mit einer entscheidenden Ausnahme: Photonen, die an einer bestimmten, unscheinbaren Stelle eingekoppelt werden, tauchen fast wie von Zauberhand an einer zweiten solchen Stelle wieder auf.“ Diese effiziente Kopplung zwischen zwei Knoten des Netzwerks wird dadurch ermöglicht, dass beide denselben „spektralen Fingerabdruck“ haben – das charakteristische Merkmal einer latenten Symmetrie.
Indem das Team die Abhängigkeit von herkömmlichen Symmetrien überwindet, erweitert es den Gestaltungsspielraum für Quanten-Schaltkreise erheblich und eröffnet neue Perspektiven für die Entwicklung sicherer Quantenkommunikation und Quantenkryptographie.
Diese Forschung wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft und der Alfried Krupp von Bohlen und Halbach-Stiftung finanziert.
Prof. Alexander Szameit
Universität Rostock
Institut für Physik
AG Experimentelle Festkörperoptik
Tel.: +49 381 498-6790
E-Mail: alexander.szameit@uni-rostock.de
https://link.springer.com/article/10.1186/s43593-025-00114-9
https://Abb.: Latent symmetrisches Netzwerk. Ein latentes symmetrisches Netzwerk, realisiert mit laser¬geschriebenen optischen Wellenleitern. Obwohl das Netzwerk völlig asymmetrisch erscheint, zeigt eine Analyse des Spektrums, dass die beiden rot markierten Punkte latent symmetrisch sind. Diese latente oder „verborgene“ Symmetrie ermöglicht einen effizienten Quantenzustandstransfer zwischen den beiden Punkten.
Latent symmetrisches Netzwerk. Ein latentes symmetrisches Netzwerk, realisiert mit laser¬geschrieben ...
Copyright: Universität Rostock
Criteria of this press release:
Business and commerce, Journalists, Scientists and scholars, Students, Teachers and pupils, all interested persons
Physics / astronomy
transregional, national
Research results, Transfer of Science or Research
German
Latent symmetrisches Netzwerk. Ein latentes symmetrisches Netzwerk, realisiert mit laser¬geschrieben ...
Copyright: Universität Rostock
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