Eind augustus werd bekend dat de onderzoeksgroep van Ronald Hanson (TU Delft) één van de grondslagen van de quantumfysica had bewezen. In een experiment toonde hij aan dat verstrengeling echt bestaat. Vandaag verscheen de publicatie officieel in het vakblad Nature , verloopt het embargo en mag Hanson voor het eerst over zijn baanbrekende resultaat spreken.
In de wereld van de quantummechanica gebeuren de gekste dingen, dingen waar zelfs Einstein moeite mee had. Zo zijn deeltjes soms zomaar ineens op meerdere plaatsen tegelijk. En diezelfde deeltjes kunnen ook nog eens ‘verstrengelen’. Dan raken ze onlosmakelijk met elkaar verbonden zodat ze zich in zekere zin als één enkel ‘ding’ gaan gedragen, zelfs als ze in de ruimte ver van elkaar vandaan zitten. Wanneer je dan vervolgens aan een zo’n deeltje meet, heeft dat ook meteen effect op het andere deeltje. In een eerder experiment had Ronald Hanson al aangetoond dat dit het geval was op een afstand van 3 meter, maar met zijn nieuwe experiment heeft hij dat opgeschaald en bewezen voor 1,3 kilometer. Wij vroegen Hanson naar die bijzondere prestatie.
Welke deeltjes heb je bij je experiment precies verstrengeld?
‘Twee elektronen, op 1,3 kilometer afstand, op de campus van de TU Delft. Daarvoor gebruikten we licht – fotonen – als een soort tussenpersoon. Beide elektronen waren verstrengeld met een foton en die fotonen knoopten we vervolgens aan elkaar door ze via een kabel naar elkaar toe te sturen. Daarna zat alles aan dan elkaar vast. Dat wil zeggen: die deeltjes waren verstrengeld. Door de interactie verdwijnen de twee fotonen en blijven de twee verstrengelde elektronen over.’
Je had dit al op 3 meter gedaan. Was dit alleen een kwestie van opschalen?
‘In zekere zin wel. Maar daarvoor hadden we wel veel nodig. We wisten vooraf helemaal niet zeker dat dit ons zou lukken. We moesten bijvoorbeeld glasvezels aanleggen waar we de fotonen doorheen konden sturen. Maar we wisten niet of we daar een tunnel voor moesten graven. Dat bleek niet nodig, die tunnel lag er al, daar liepen verwarmingsbuizen en ICT-kabels doorheen. We hoefden er alleen nog maar wat stukken bij te bouwen om onder gebouwen door te gaan. Maar er zaten nog wel meer haken en ogen aan. Het moeilijkste was dat alle onderdelen heel ver uit elkaar zitten, maar wel een paar weken lang synchroon moesten blijven werken. We verstrengelden slechts ongeveer 1x per uur twee deeltjes, maar voor dit experiment hadden we wel een paar honderd van dat soort verstrengelingen als datapunten nodig.’
Snap je door dit experiment nu ook beter wat verstrengeling fysiek precies is?
‘Het eerlijke antwoord is nee. Dit is zo tegenintuïtief dat elke analogie op termijn niet blijkt te kloppen. Zoiets als dit bestaat niet in onze belevingswereld. Toen Richard Feynman (de bekende natuurkundige, red.) zei dat niemand quantummechanica begreep, had hij gelijk. Voor dit soort dingen gaat dat vooral op. Niemand heeft hier een duidelijk plaatje bij.’
Dit experiment verwijst ook een bezwaar van Einstein naar de prullenbak. Hoe zit dat nu precies?
‘Einstein geloofde sommige dingen uit de quantummechanica niet. Misschien, stelde hij, gaan er wel verborgen variabelen verscholen achter iets als verstrengeling. Met het huidige experiment laten we zien dat de correlatie die we meten tussen de deeltjes niet te verklaren is met die verborgen variabelen. Want die variabelen worden ook gehouden aan de maximale snelheid van het licht. In ons experiment zitten de deeltjes zo ver uit elkaar dat je zeker weet, echt kunt uitsluiten, dat die deeltjes met elkaar communiceren, dat ze informatie uitwisselen zoals Einstein dacht. Die informatie zou dan namelijk sneller dan het licht moeten gaan.’
Heb je verstrengeling nu dan bewezen? Zijn er nog bezwaren over?
‘Dit is het einde, we zijn klaar. Vanuit het Einsteinwereldbeeld kun je onze resultaten niet meer verklaren. Maar bewijst dit nu ook echt dat verstrengeling bestaat zoals de quantummechanica stelt? Dat nog niet helemaal. We meten altijd met een eindige precisie, dus er kan altijd nog een statistische fout in ons resultaat zitten. Al is die kans inmiddels echt héél erg klein. En daarnaast kun je ook nog heel metafysische bezwaren hebben, dat de uitkomst van de meting bijvoorbeeld vooraf al vastligt. Dan zou ons experiment niets bewijzen. Maar daarvoor moet je er wel vanuit gaan dat we allemaal onderdeel zijn van een soort vooraf bepaald, deterministisch, kosmisch spel. Daar gaan de meeste wetenschappers niet vanuit. Dus in elke praktische zin hebben we verstrengeling nu wel bewezen, ja.’
Hoe belangrijk vind je zelf dat deze ontdekking is?
‘Alle natuurkundigen kennen dit type experiment en de bezwaren van Einstein. Dat krijg je al in je tweede jaar van de studie onderwezen. Dit experiment sluit nu alles uit. Voor natuurkundigen is dat geen verrassing, zij geloven al in de quantumfysica. Maar het biedt ook een goed startpunt voor de volgende stap. De techniek die we voor dit experiment gebruiken kun je ook inzetten om een quantuminternet te bouwen. Dat willen we straks ook echt doen want met een quantuminternet kun je veilig informatie versturen. Dat is onkraakbaar. Ook voor zo’n quantuminternet hebben we met dit resultaat het afstandsrecord in handen.’
Wanneer is dat quantuminternet er?
‘Ons doel is om over 5 jaar een quantumnetwerkje tussen steden te hebben waarin we alles kunnen testen. Dat hoeft nog niet snel te zijn. En daarna willen we opschalen, uiteindelijk moet het quantuminternet over de hele wereld verkrijgbaar zijn. We willen dan bijvoorbeeld linken naar satellieten. Er zijn al concrete plannen voor dat soort quantumsatellieten. Chinese onderzoekers zijn daar mee bezig en willen er volgend jaar al eentje lanceren. Dan kunnen we ook op die manier quantumsignalen versturen. Maar dat is echt iets voor de lange termijn.’
De andere onderzoekers in het QuTech-lab, waarin men de eerste echte quantumcomputer bouwt, werken voor hun onderzoeken samen met grote bedrijven als Microsoft en IBM. Zijn jullie ook met zoiets bezig?
‘We denken wel na over wat nuttig is en wanneer anderen iets voor ons kunnen betekenen. De komende vijf jaar zijn we nog vooral bezig met onderzoek en fundamentele wetenschap. Maar we kijken wel om ons heen, wie wat voor ons kan betekenen. Dat hoeft niet perse een groot bedrijf te zijn.’
Altijd op de hoogte blijven van het laatste wetenschapsnieuws? Meld je nu aan voor de New Scientist nieuwsbrief.
Lees ook: