De Nobelprijs voor natuurkunde is vandaag toegekend aan drie onderzoekers die de eerste experimenten deden met ‘verstrengelde’ quantumdeeltjes. Met hun experimenten legden zij het fundament voor de hedendaagse toepassingen rond een quantum-internet en de quantumcomputer.
De prijs gaat naar de Fransman Alain Aspect, de Amerikaan John Clauser en de Oostenrijker Anton Zeilinger. Zij delen niet alleen de eer, maar ook het geldbedrag van 10 miljoen Zweedse kronen, ongeveer 918.000 euro, dat met de Nobelprijs is verbonden.
De drie wetenschappers waren de eersten die een rare eigenschap van extreem kleine deeltjes begonnen uit te nutten: verstrengeling (‘entanglement’ in het Engels).
Gedeelde toestand
Uit de wetten van de quantummechanica volgt dat twee atomair kleine deeltjes samen in een gedeelde toestand kunnen verkeren die zelfs in stand blijft als je de twee deeltjes bij elkaar weghaalt.
Deze verstrengeling was al uit de theorie bekend vanaf de begindagen van de quantummechanica, maar was ook omstreden, zo valt te lezen op de website van de Nobelprijzen. De grote Albert Einstein noemde het ‘spookachtige actie op een afstand’. Een andere grondlegger, Erwin Schrödinger, zag in verstrengeling juist de belangrijkste eigenschap van quantummechanica.
Fotonen en glasvezels
Aspect, Clauser en Zeilinger waren de eersten die praktisch aan de slag gingen met de tegenintuïtieve eigenschap van atomair kleine deeltjes. Zij zetten experimenten op om de mogelijkheden van quantum-verstrengeling te testen. Ze gingen decennia terug al aan de slag met fotonen (lichtdeeltjes) in glasvezels en - later - gewoon in de vrije lucht.
Teleportatie
Eind jaren negentig van de vorige eeuw zette Zeilinger een belangrijke stap. Hij demonstreerde een fenomeen dat quantum-teleportatie wordt genoemd, en dat ook al tegennatuurlijk aanvoelt. Het blijkt mogelijk om een quantumstaat van het ene naar het andere kleine deeltje over te dragen, terwijl ze ver bij elkaar uit de buurt zijn.
Dit bleek een essentiële stap te zijn op weg naar een quantuminternet en naar het grondig beveiligen van communicatiekanalen (lees hierover het artikel ‘Werkend quantumnetwerk’ uit 2013, pdf-bestand).
Meer lezen
Nog meer lezen over dit onderwerp? Duik dan in het grote achtergrondverhaal ‘Surfen op het kwantuminternet’, dat al in 2013 in De Ingenieur verscheen (pdf-bestand).
Daarin komt ook Ronald Hanson aan het woord, tegenwoordig hoofdonderzoeker van QuTech, die daar voortbouwt op de inzichten en resultaten van de nieuwe Nobelprijswinnaars. In Nederlandse natuurkundekringen werd vóór vandaag trouwens stilletjes de hoop uitgesproken dat Hanson zou meedelen in de prijs, maar zover is het dus (nog) niet gekomen.
Beeld: artistieke weergave van twee verstrengelde deeltjes. © Johan Jarnestad/The Royal Swedish Academy of Sciences
Nieuwsbrief
Vond je dit een interessant artikel, abonneer je dan gratis op onze wekelijkse nieuwsbrief.