1 jun. 2014
3 minuten
Mensen teleporteren zoals in de science-fictionfilm Star Trek, is volgens de natuurwetten niet mogelijk. Maar informatie teleporteren kan wel degelijk, dankzij de bijzondere wereld van de kwantummechanica. Onderzoekers van het Kavli Institute of Nanoscience van de TU Delft zijn er als eersten in geslaagd om informatie in een kwantumbit trefzeker te verplaatsen naar een ander qubit 3 meter verderop, zonder dat de informatie door de tussenliggende ruimte reisde: teleportatie.
De ontwikkeling is een belangrijke stap op weg naar een kwantumnetwerk voor de communicatie tussen toekomstige supersnelle kwantumcomputers – een kwantum-internet. Kwantumcomputers zullen bepaalde rekenproblemen waar supercomputers nu jaren over doen, in een oogwenk oplossen. Het kwantum-internet moet een netwerk van kwantumcomputers met elkaar verbinden. Daarnaast biedt het kwantum-netwerk de mogelijkheid om informatie volledig veilig te versturen. Onopgemerkt afluisteren is in zo’n netwerk fundamenteel onmogelijk.
Einstein
De wetenschappers maken daarbij gebruik van een bijzonder fenomeen: verstrengeling. "Verstrengeling is misschien wel het vreemdste en meest intrigerende gevolg van de wetten van de kwantummechanica", stelt onderzoeksleider prof. Ronald Hanson. "Als twee deeltjes verstrengeld zijn, smelten hun identiteiten samen: hun gezamenlijke toestand is exact bepaald, maar de identiteit van elk afzonderlijk is verdwenen. De verstrengelde deeltjes gedragen zich als één, ook als ze ver van elkaar verwijderd zijn. In ons geval was dat drie meter, maar dat zou in theorie ook de andere kant van het universum kunnen zijn. Einstein geloofde deze voorspelling niet en noemde dit ‘spooky action at a distance’, maar talloze experimenten hebben laten zien dat de verstrengeling echt is.’
100 %
De groep van Hanson slaagde er als eerste in de wereld in om informatie te teleporteren tussen kwantumbits in verschillende computerchips, door de beide kwantumbits te verstrengelen. ‘Het bijzondere aan de methode die wij gebruiken, is dat de teleportatie met 100% zekerheid werkt. De informatie komt altijd aan, zogezegd. Daarnaast heeft de methode de potentie om ook met 100% nauwkeurigheid te werken’, zegt Hanson.
Diamant
De onderzoeksgroep van Hanson maakt kwantumbits met behulp van elektronen in diamant. "We gebruiken diamant, omdat daarin ‘mini-gevangenisjes’ voor elektronen worden gevormd als er een stikstofatoom op de plaats van één van de koolstofatomen zit. Omdat we deze gevangenisjes individueel kunnen bekijken, is het mogelijk om een individueel elektron en zelfs éen atoomkern te bestuderen en te controleren. We kunnen de spin (draairichting) van deze deeltjes in een vooraf bepaalde toestand klaarzetten, die spin controleren en vervolgens ook uitlezen. Dit alles doen we in materiaal waarvan chips gemaakt kunnen worden. Dat is belangrijk want velen geloven dat we alleen chip-based systemen kunnen opschalen naar een praktische technologie", licht Hanson toe.
Heilige Graal
Deze zomer is Hanson van plan het experiment te herhalen over een afstand van 1300 meter, met chips die in verschillende gebouwen op de campus van de TU Delft staan. Dat experiment zou het eerste ter wereld kunnen worden dat voldoet aan de criteria van de loophole-free Bell test. Zo’n experiment zou het ultieme bewijs van Einstein’s ongelijk over verstrengeling kunnen leveren. Verschillende onderzoeksgroepen, waaronder die van Hanson, jagen om als eerste een loophole-free Bell test te realiseren. De test geldt binnen de kwantummechanica als Heilige Graal.
‘Unconditional quantum teleportation between distant solid-state quantum bits‘, W. Pfaff1, B. Hensen1, H. Bernien1, S.B. van Dam1, M.S. Blok1, T.H. Taminiau1, M.J. Tiggelman1, R.N. Schouten1, M. Markham2, D.J. Twitchen2, en R. Hanson1 Science, online May 29 2014.
1Kavli Institute of Nanoscience Delft, Delft University of Technology, PO box 5046, 2600 GA Delft, The Netherlands
2Element Six, Ltd., Kings Ride Park, Ascot, Berkshire SL5 8BP, United Kingdom
Anderen lazen ook
