17 feb. 1999
2 minuten
Onderzoekers van de TU Delft zijn erin geslaagd om een millimetergroot vibrerend membraantje af te koelen tot een temperatuur van 34 microkelvin. Dat is slechts 34 miljoenste van een graad boven het absolute nulpunt en de laagste temperatuur die tot nu bereikt is met een mechanische resonator. Deze experimenten brengen de superpositie van macroscopische objecten een stap dichterbij, net als de oplossing van de paradox van ‘Schrödingers kat’.
Een van de vreemdste voorspellingen van de kwantummechanica is dat iets op twee plaatsen tegelijk kan zijn. Dit verschijnsel van kwantumsuperpositie is inmiddels afdoende aangetoond voor minuscule deeltjes als elektronen en atomen, waarbij we weten dat kwantumtheorie goed werkt.
"Al lijkt het vreemd, volgens de kwantummechanica zouden dezelfde regels ook moeten gelden voor macroscopische voorwerpen. Een koffiekopje kan dan tegelijkertijd op tafel staan en in de afwasmachine zitten, of Schrödingers kat kan in een staat van kwantumsuperpositie verkeren en tegelijkertijd dood en levend zijn", aldus Gary Steele, de hoogleraar die het onderzoek leidde. "De kwantummechanica zegt dat zulke superposities op macroscopisch niveau voortdurend voor zouden moeten komen, maar dat zien we niet terug in het dagelijks leven. Het koffiekopje is of vuil of schoon en de kat is dood of levend. Waarom de kat of dood of levend is en niet allebei tegelijk, is een vraag die de kwantummechanica nog moet beantwoorden."
De afgelopen jaren hebben wetenschappers geprobeerd uit te zoeken op welke schaal de regels van de kwantummechanica nu precies van toepassing zijn. Daarvoor hebben ze hun experimenten uitgebreid van enkele atomen naar grotere, macroscopische objecten zoals een vibrerend ‘trommeltje’ om te kijken of ook objecten die voor mensen zichtbaar zijn, daadwerkelijk op twee plaatsen tegelijk kunnen zijn. Een belangrijke eerste stap is het verlagen van de temperatuur van de trommeltjes om te voorkomen dat hun kwetsbare kwantumtoestand verstoord wordt door temperatuurschommelingen.
Onderzoekers van de Technische Universiteit Delft zijn erin geslaagd om een millimetergroot vibrerend membraan af te koelen tot 34 microkelvin, ofwel 34 miljoenste van een graad boven het absolute nulpunt, een laagterecord. Waar je thuis eten opwarmt in de magnetron, moesten de onderzoekers de microgolven zover zien te krijgen dat ze de beweging van het trommeltje juist afkoelden tot dichtbij zijn kwantummechanische grondtoestand.
Wat is de volgende stap nu ze de laagste temperatuur tot nu toe voor een mechanisch object op aarde bereikt hebben? "Toekomstig onderzoek zal zich richten op het afkoelen naar nog lagere temperaturen, tot diep in de grondtoestand. Uiteindelijk willen we het trommeltje in een toestand van kwantumsuperpositie brengen, waarin het tegelijkertijd omhoog en omlaag veert. Al doende willen we de vraag onderzoeken waarom we geen ‘kwantumkatten’ in het dagelijks leven zien’, zegt Steele.
Dit onderzoek draagt niet alleen bij tot ons fundamentele begrip van de quantummechanica, maar er zijn misschien ook praktische toepassingen mogelijk. Omdat mechanische resonatoren veel groter zijn dan de qubits van een kwantumcomputer, zijn ze mogelijk veel minder gevoelig voor de decoherentie waardoor kwantuminformatie verloren gaat. Daarom kunnen mechanisch resonatoren kwantuminformatie misschien veel langer vasthouden dan qubits. Dat maakt ze een interessante kandidaat voor een toekomstig kwantumgeheugen.
Anderen lazen ook
