Hier is iets wilds over de fysica: er zijn regels die de kleinste deeltjes binnen atomen sturen, en die regels zijn vreemd. Vreemd in de zin van wat Einstein ‘spookachtige actie op afstand’ noemde. We hebben het over kwantverstrengeling — het fenomeen waarbij twee deeltjes zo diep met elkaar verbonden zijn dat wat er met het ene gebeurt, onmiddellijk invloed heeft op het andere, ongeacht de afstand tussen hen.
Ik herinner me hoe mijn brein bijna kortsluiting gaf toen ik dit voor het leerde op de universiteit. Hoe kunnen twee deeltjes aan de tegenovergestelde uiteinden van het universum met elkaar verbonden zijn? Moet dit niet onmogelijk zijn?
Einstein dacht er ook zo over. Hij was er geen fan van. Hij geloofde dat deeltjes elk hun eigen onafhankelijke realiteit moesten hebben, en verstrengeling leek die gezond-verstandelijke notie te schenden. Maar hier is het punt — decennia van experimenten hebben aangetoond dat Einstein ongelijk had. Verstrengeling is reëel, het is vreemd, en het zou wel eens de fundering kunnen zijn van de volgende revolutie in technologie.
Waarom dit belangrijker is dan je misschien denkt
Verstrengeling is niet zomaar een curiositeit uit de fysica. Het is de ruggengraat van opkomende technologieën die alles kunnen hervormen, van beveiligde communicatie tot rekenkracht die de huidige supercomputers doet lijken op zakrekenmachines.
Het probleem is dat het daadwerkelijk gebruiken van verstrengeling in echte apparaten ongelooflijk lastig is. Het is één ding om in een lab aan te tonen dat deeltjes verstrengeld zijn — het is iets anders om betrouwbare, specifieke verstrengelde toestanden te creëren, te manipuleren en te identificeren voor praktische toepassingen.
De afgelopen 25 jaar hadden wetenschappers een solide methode om één type verstrengelde toestand (de zogenaamde GHZ-toestand) te identificeren, maar een ander cruciaal type — de W-toestand — bleef hardnekkig moeilijk te vatten. Zie het als het hebben van een betrouwbaar gereedschap voor één type slot, maar niets voor een ander, even belangrijk slot.
Tot nu toe.
Het ‘Aha!’-moment: het gebruik van symmetrie
Hier wordt het nieuwe onderzoek oprecht spannend. Wetenschappers aan de Universiteit van Kyoto en de Universiteit van Hiroshima hebben een slimme manier gevonden om W-toestanden te identificeren door gebruik te maken van iets dat cyclische verschuivings-symmetrie heet.
Laat me uitleggen wat dat betekent in niet-mathematische termen.
Stel je voor dat je drie fotonen (lichtdeeltjes) hebt die verstrengeld zijn in een W-toestand. Stel je nu voor dat je hun rangschikking in een repeterende cyclus kunt verschuiven — zoals het draaien van stoelen aan een ronde tafel — en dat het onderliggende patroon herkenbaar blijft. Dat is de symmetrie die de onderzoekers als hun anker gebruikten.
Met behulp van deze eigenschap hebben ze een kwantumcircuit ontworpen dat in essentie ‘kijkt’ naar een verstrengelde toestand en in één enkele meting bepaalt wat het is, in plaats van de traditionele aanpak te vereisen waarbij enorme hoeveelheden data worden verzameld en de toestand computationeel wordt gereconstrueerd.
Het verschil is als het verschil tussen het oplossen van een puzzel door trial-and-error versus iemand die je het antwoord aanreikt en uitlegt hoe ze het wisten. De one-shot-aanpak is dramatisch efficiënter.
Wat dit betekent voor de toekomst
Hier wordt mijn innerlijke tech-nerd echt enthousiast.
Deze doorbraak bevordert direct de kwantumteleportatie — wat, ondanks de naam, niet inhoudt dat materie ergens naartoe wordt gestraald (sorry, Star Trek-fans). Het gaat erom kwantuminformatie van de ene locatie naar de andere over te brengen met behulp van verstrengeling. Het is in essentie de kwantuminternet-versie van het versturen van een bericht.
De nieuwe meettechniek kan ook de ontwikkeling versnellen van:
- Kwantcommunicatienetwerken die in theorie onkraakbaar zijn
- **Meetgebaseerde kwantumcomput