Je leest:

Elektron-teleportatie stap dichterbij

Elektron-teleportatie stap dichterbij

Wetenschappers van het Kavli-instituut voor Nanowetenschappen van de Technische Universiteit Delft zijn een stap dichterbij het teleporteren van een elektron gekomen. Het lukte twee elektronen over een afstand van drie meter met elkaar te ‘verstrengelen’, wat de weg opent naar teleportatie van informatie tussen beiden. De resultaten zijn vandaag gepubliceerd in Nature.

Huibregtsenprijs voor Ronald Hanson

Maandag 3 oktober 2016 hebben twee onderzoekers een prestigieuse prijs mogen ontvangen voor hun baanbrekende onderzoek op het gebied van quantum computing. Ronald Hanson ontving de Huibregtsenprijs voor zijn succesvolle poging om twee elektronen met elkaar te verstrengelen over een afstand van drie meter. Bernard Heck ontving de Christiaan Huygensprijs voor een door hem ontworpen schakeling waarmee Majoranadeeltjes op commando kunnen vervlechten. Lees hieronder meer over het onderzoek van Ronald Hanson.

Het klinkt als iets uit Star Trek maar sinds een jaar of vijftien wordt er al echt aan teleportatie gedaan. Overigens niet met mensen, zoals in de bovengenoemde sciencefiction-serie maar met fotonen en ionen. Bij die teleportatie wordt informatie van het ene deeltje onmiddellijk overgedragen naar het andere deeltje en dat biedt mogelijkheden voor speciale vormen van datatransport. Informatie kan hierdoor theoretisch honderd procent veilig worden verstuurd.

Hanson met opstelling
Ronald Hanson bij de opstelling waarmee twee elektronen zijn verstrengeld over een afstand van drie meter.
TU Delft/Kavli-instituut

En aan het spectrum van teleporatie-mogelijkheden kan binnenkort wellicht een nieuw hoofdstuk worden toegevoegd. Het is wetenschappers van de Technische Universiteit in Delft gelukt om twee elektronen met elkaar te verstrengelen over een afstand van drie meter. Via zo’n verstrengeling zou vervolgens informatie kunnen worden geteleporteerd.

In hun opstelling gebruikten Ronald Hanson en collega’s van het Kavli-instituut voor Nanowetenschappen van de Technische Universiteit in Delft, twee diamantkristallen als elektronenvallen. Onzuiverheden in de kristallen kunnen namelijk gebruikt worden om elektronen op hun plek te houden en te manipuleren.

Door met twee lasers een korte lichtpuls te geven raken beide elektronen in het experiment geëxciteerd en zenden ieder een foton uit. Deze twee fotonen vallen vervolgens van beide kanten op een halfdoorlaatbare spiegel, waarna ze hun weg vervolgen. Maar er is dan iets vreemds gebeurd, want het is nu niet meer te achterhalen welk foton nu van welk elektron afkomstig was. Volgens de wetten van de quantummechanica zijn de elektronen na meting van deze twee fotonen met elkaar verstrengeld geraakt.

Entanglement setup dark
De laser-opstelling in het donker.
Ronald Hanson

Vlag omhoog

“Belangrijk in onze experimenten is dat we weten wanneer de verstrengeling heeft plaatsgevonden”, zegt Hanson. “Dat lukt namelijk niet altijd. Als je uiteindelijk informatie wil gaan versturen via gekoppelde deeltjes dan is het van belang dat je weet wanneer de koppeling gelukt is. Het nadeel van verstrengeling met fotonen, dat in eerder experimenten al lukte, is dat je dat eigenlijk nooit weet. Als wij in ónze opstelling de twee fotonen bij onze detectors meten dan weten dat de elektron-verstrengeling er is.”

Naast fotonen lukte verstrengeling tussen ionen over een lange afstand al jaren geleden, maar vanaf dat moment lijkt de ontwikkeling daar een beetje te stokken. Hanson: “Men is sindsdien tevergeefs bezig met pogingen om het aantal deeltjes dat in de verstrengeling zit te vergroten om meer informatie tegelijk te kunnen versturen, dat is technisch blijkbaar erg moeilijk. Wij hebben met deze verstrengeling op afstand laten zien dat we in ieder geval even ver zijn als de mensen die met ionen werken. En bovendien verwacht ik dat een dergelijke uitbreiding met meer deeltjes makkelijker gaat met de elektronvallen die wij in onze experimenten gebruiken.”

Small
Beschikken we over enkele jaren echt over een quantumcomputer?

Teleportatie over duizenden kilometers

De elektronen in de experimenten van Hanson zouden in de toekomst niet alleen voor onafluisterbare berichten kunnen zorgen. Elektronvallen blijken tot nu toe namelijk ook uitstekende kandidaten voor qubits in een quantumcomputer. Zo’n qubit is eigenlijk te vergelijken met een bit (een 1 of een 0) in een normale computer, met het verschil dat een qubit een oneindig aantal waardes tussen 1 en 0 kan aannemen. Deze vreemde eigenschap geeft een qubit de potentie een extreem groot aantal berekeningen tegelijk te kunnen doen.

Van belang voor een krachtige quantumcomputer is echter dat er verschillende qubits (in dit geval dus elektronen) kunnen samenwerken. En daarvoor moeten ze verstrengeld zijn. Dat is experimenteel ook al gelukt, zij het binnen een chip. “De elektronen zitten dan praktisch naast elkaar en ‘voelen’ elkaar direct”, zegt Hanson.

“Maar het kan natuurlijk ook zo zijn dat je in de toekomst meerdere quantumcomputers hebt die je wilt laten samenwerken”, gaat hij verder. “Met deze experimenten willen we laten zien dat ze via een verstrengeling met elkaar kunnen communiceren. Ze kunnen dan als één computer berekeningen uitvoeren. De basis van dit proces hopen we nu eerst aan te tonen over een afstand van drie meter, maar dat zou uiteindelijk ook net zo goed over honderden of duizenden kilometers moeten lukken.”

Hanson laat weten dat hij en collega’s nog dit jaar informatie via de verstrengelde elektronen hopen te teleporteren. “We zijn nu bezig met het opbouwen van dit experiment, en het zou deze zomer al moeten gebeuren. Als dat lukt dan zou dat groot nieuws zijn. Of we dan weer Nature halen? Haha, ja die kans bestaat.”

Deze video laat zien hoe de verstrengeling van de elektronen in zijn werk gaat.

Bron:

  • Hanson R. et al., Heralded entanglement between solid-state qubits separated by three meters, Nature (2 mei 2013), DOI:10.1038/nature12016
Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 02 mei 2013

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

LEES EN DRAAG BIJ AAN DE DISCUSSIE