Artikel über Quantentheorie und das merkwürdige Phänomen der "Verschränkung" beginnen für gewöhnlich mit einer Szene aus Raumschiff Enterprise. In nicht allzu ferner Zukunft, so wird dabei suggeriert, sei mithilfe der Verschränkung möglich, was Mister Spock und die Enterprise- Crew berühmt gemacht hat: jene fantastische Fortbewegungsart namens "Beamen", auch als Teleportation bekannt.

Doch zum Menschentransfer à la Star Trek wird das Science-Fiction-verdächtige Experiment aus den Labors der Physiker vermutlich nie taugen. Im Moment lassen sich bestenfalls bestimmte Eigenschaften von Lichtpartikeln "teleportieren" – der Transport größerer Materiemengen scheitert allein schon an der extremen Empfindlichkeit aller Verschränkungsexperimente.

Dennoch knüpfen Experten erstaunliche Erwartungen an den bizarren Effekt, der zu den ureigensten Wesensmerkmalen der Quantentheorie gehört: Er soll Satelliten die Navigation erleichtern, die Rechenkapazität von Computerchips erhöhen und nebenbei auch unseren Nachrichtenverkehr absolut abhörsicher machen.

"Die Verschränkung", sagt Gerhard Rempe, Direktor am Max-Planck-Institut für Quantenoptik, "ist wahrscheinlich das Spannendste und gleichzeitig Unverständlichste, was der Physikmarkt zu bieten hat." Denn sie schafft im Mikrokosmos der Atome und Elementarteilchen ein Beziehungsgeflecht, das nach unserer normalen Vorstellung von Wirklichkeit gar nicht existieren dürfte: In "verschränktem Zustand" sind die Bewohner der atomaren Welt untrennbar miteinander verbunden – ohne dass dabei eine erkennbare physikalische Kraft zwischen ihnen wirkt.

Zu solch geisterhaftem Zusammenspiel sind zum Beispiel zwei Photonen fähig. Diese Lichtpartikel können einerseits als Teilchen betrachtet werden, andererseits auch als elektromagnetische Wellen. Sind nun zwei Photonen miteinander verschränkt, so heißt das, dass sie sich in demselben Schwingungszustand befinden. Die genaue Richtung der Schwingung ist dabei zunächst – wegen der quantenmechanischen Unschärfe – nicht eindeutig festgelegt. Sobald jedoch von außen eingegriffen und die Schwingungsrichtung eines der beiden Photonen durch eine Messung bestimmt wird, übernimmt auch dessen Partner automatisch diese Richtung. Das gilt selbst dann, wenn die beiden Photonen beliebig weit voneinander entfernt sind und eine Signalübertragung zwischen ihnen (selbst mit Lichtgeschwindigkeit) unmöglich ist. "Verschränkte Teilchen", erläutert Rempe, "benehmen sich gewissermaßen wie Zwillinge, die aus unerfindlichem Grund immer im selben Augenblick in Lachen oder Weinen ausbrechen."

Dieses Verhalten kam den Pionieren der Quantentheorie zutiefst verdächtig vor. Als Albert Einstein die Teilchenkorrelation 1935 erstmals in einem Fachartikel erwähnte, schrieb er empört, dass eine "vernünftige Definition der Realität" derlei Phänomene "nicht zulassen" sollte. Der Nobelpreisträger sah die "spukhafte Fernwirkung" als Zeichen für die Unzulänglichkeit der Quantenmechanik. Dass der absurde Effekt praktischen Nutzen haben könnte, schien damals undenkbar.

Heute herrscht indes unter Physikern ein regelrechter Wettbewerb um die vielversprechendsten Konzepte für die Anwendung der Verschränkung. Als besonders ausgereift gilt die Idee, mit dem Teilchenspuk die Kryptografie, oder präziser: den Austausch von Nachrichtenschlüsseln, sicherer zu machen. Viele Chiffriermethoden beruhen darauf, dass der Adressat seine geheime Post mit demselben Zahlenschlüssel öffnet, den der Absender zum Verpacken verwendet hat. Bevor sie einander verklausulierte Botschaften schicken können, müssen sich Sender und Empfänger demnach auf einen gemeinsamen Schlüsselcode einigen. Dabei laufen sie stets Gefahr, dass ihnen ein Dritter unbemerkt zuhört.

"Es sei denn, die beiden verfügen über einen Schlüsselverteiler, der mit Quantentricks arbeitet", sagt Thomas Jennewein von der Universität Wien. Sein Forschungsteam tüftelt seit einigen Monaten am Prototyp einer solchen Maschine. So kompliziert die Apparatur im Detail aufgebaut ist, ihre Abwehrstrategie gegen heimliche Lauschangriffe lässt sich leicht durchschauen. Sie gründet auf der Störanfälligkeit von Verschränkungsprozessen: Zum Schlüsselaustausch zwischen Sender und Empfänger werden verschränkte Lichtteilchen benutzt, die durch ein Glasfaserkabel wandern. Versucht nun ein Unbefugter die Leitung anzuzapfen, stellt er unweigerlich eine Störung dar, zerreißt die empfindlichen Bande zwischen den Photonen – und verrät sich dadurch.