Utrecht (NL) – Leidse wetenschappers bewijzen dat de kwantumverstrengeling van fotonen kan worden overgedragen op een ander deeltje. Het overdragen van kwantumverstrengeling op andere deeltjes is een essentieel onderdeel van de kwantumcomputer.


Onderzoekers van het Leids Instituut voor Onderzoek in de Natuurkunde van de Universiteit Leiden en de Stichting FOM (Fundamenteel Onderzoek der Materie) hebben voor het eerst aangetoond dat de kwantumverstrengeling van fotonen kan worden overgedragen op een ander deeltje; een zogenaamd oppervlakteplasmon. Een kwantumcomputer rekent met behulp van verstrengelde deeltjes en de nieuwe vinding van Erwin Altewischer, Martin van Exter en Han Woerdman betekent dan ook een doorbraak in de ontwikkeling van deze supersnelle computer.
Wanneer twee deeltjes verstrengeld zijn, is de toestand van de afzonderlijke deeltjes onbepaald totdat een bepaalde eigenschap van één van de deeltjes wordt gemeten. Op dat moment is de overeenkomstige eigenschap van het andere deeltje ook bekend. De Leidse onderzoekers maken de verstrengelde fotonen door een speciaal kristal, (beta)-bariumboraat, met een laserbundel te beschijnen. Het niet-lineaire kristal splitst een inkomend foton uit de laser in twee verstrengelde fotonen met een tweemaal zo lange golflengte (813 nanometer).
In 1998 ontdekte men dat metaalplaatjes met zeer kleine gaten een onverwacht grote hoeveelheid licht doorlaten, terwijl de gaatjes in het rooster zo klein zijn dat fotonen (en dus licht) er in principe niet doorheen kunnen. Soms laten de roosters zelfs licht door dat eigenlijk naast de gaatjes op het rooster valt. De fotonen die op het plaatje vallen worden omgezet in oppervlakteplasmonen, dichtheidsgolven in de elektronen aan het oppervlak van het metaal. Deze oppervlakteplasmonen lopen langs het metaaloppervlak en kruipen door de gaten in het rooster. Aan de achterkant worden ze vervolgens weer omgezet in fotonen met dezelfde golflengte als de invallende deeltjes. Zo komt er dus extra veel licht door het rooster heen.
De Leidse onderzoekers ontdekten aan de hand van de polarisatierichting van de deeltjes dat de fotonen aan de achterkant van het rooster dezelfde kwantumverstrengeling hadden als de invallende fotonen. Hiermee tonen ze als eerste aan dat de kwantumverstrengeling van fotonen op oppervlakteplasmonen kan worden overgedragen en omgekeerd. De onderzoekers publiceren hun bevindingen vandaag in het wetenschappelijke weekblad Nature. De mogelijkheid tot manipulatie van de verstrengeling met behulp van dergelijke roosters brengt wetenschappers een flinke stap verder in de ontwikkeling van een kwantumcomputer.

De onderzoekers gebruikten een goudplaatje voor de overdracht van kwantumverstrengeling. De gaten zijn 200 nm groot en de afstand tussen twee gaten is steeds 700 nm. Het rooster, gemaakt door het Delft Institute of MicroElectronics and Submicron technology, bestaat uit een laagje glas (0,5 mm dik) met daarop een laagje titanium (2 nm dik) en een laag goud (200 nm dik).

Sabrine Caspers