'Beam me up, Scotty!'; Quantum teleportatie ontdekt in Innsbruck
 

Rob van den Berg

MAAR AL TE vaak blijken science fiction schrijvers te beschikken over een profetische blik en lopen ze vooruit op natuurkundige ontdekkingen. Parallelle universums, tijdreizen, teleportatie: je komt het tegenwoordig ook tegen in toonaangevende natuurkundetijdschriften.

Hierbij gaat het vaak om zuiver theoretische ontwikkelingen, waarbij de quantummechanica een bepaald effect of verschijnsel niet bij voorbaat uitsluit. Er komt heel wat meer bij kijken om zo'n theoretisch idee ook experimenteel te verwezenlijken. De moderne optische technieken zijn echter zo gevoelig geworden, dat bijvoorbeeld afzonderlijke fotonen (lichtdeeltjes) kunnen worden waargenomen. Dat heeft voor experimentatoren talloze nieuwe mogelijkheden geopend. Schrödinger zal dan ook nooit hebben durven dromen dat zijn befaamde kat nog eens tot leven zou worden gewekt, om vervolgens - wie weet? - weer te kunnen sterven. En in de Nature van deze week (11 dec) vertellen Oostenrijkse fysici hoe ze de fameuze transporter (waarbij mensen in ene oogwenk van de ene plaats naar de andere worden gezonden) uit de TV-serie Star Trek in hun laboratorium in Innsbruck hebben gerealiseerd: quantum teleportatie.

In wezen is teleportatie niets bijzonders. We doen het allemaal wanneer we een fax verzenden. Niet het document zelf wordt verstuurd maar de informatie die erin besloten ligt. Op de plaats van bestemming wordt deze terugvertaald in een leesbare vorm. Als je op een steeds kleinere schaal naar dit proces gaat kijken, kom je op een goed moment in problemen met de onzekerheidsrelatie van Heisenberg. Die zegt dat het onmogelijk is om door een meting alle informatie over bijvoorbeeld een atoom in handen te krijgen. Bovendien verander je door te meten de toestand waarin het atoom zich bevindt. En dus zou je nooit een perfecte kopie van een quantumobject kunnen maken of versturen: 'A single quantum cannot be cloned', heette het in het begin van de jaren tachtig.

In 1993 ontdekte een groep fysici onder leiding van Charles Bennett van het IBM-laboratorium in Yorktown Heights echter een slimme uitweg. Zij kwamen op het idee om gebruik te maken van een mysterieus quantummechanisch effect, waar als eerste door Einstein, Podolsky en Rosen (EPR) op is gewezen. Die geloofden echter niet dat het kon bestaan en wilden er juist het falen van de - met name door Einstein verfoeide - quantummechanica mee aantonen.

Het EPR-effect gaat uit van twee deeltjes die quantummechanisch 'verknoopt' (entangled) zijn. Voor fotonen betekent dat bijvoorbeeld dat, hoewel ze geen van beide een goed gedefiniëerde polarisatie (de richting waarin het licht trilt) hebben, wel geldt dat zodra de polarisatie van de ene wordt gemeten - stel de uitkomst is horizontaal - de ander op exact hetzelfde moment een verticale polarisatie krijgt: de deeltjes zijn gecorreleerd. Daarbij zou het niet uitmaken of dat andere foton in de buurt is, of zich aan het andere eind van het heelal bevindt. Voor Einstein waren dergelijke 'Spukhafte Fernwirkungen' een vloek, maar in een artikel dat in een van de komende weken in Physical Review Letters verschijnt wordt nog eens aangetoond dat het EPR-effect wel degelijk bestaat, in dit geval over een afstand van zo'n tien kilometer.


Bennett en zijn collega's realiseerden zich dat met behulp van verknoopte deeltjes de eigenschappen van een ander deeltje konden worden overgedragen. Bovendien zagen zij mogelijkheden om het experimenteel te bevestigen.

In Innsbruck werden eerst verknoopte fotonen gemaakt door in een speciaal kristal één foton te splitsen in twee andere (A en B) met elk de helft van de energie. Vervolgens werd een van deze twee nieuwe fotonen, samen met het te versturen boodschapperfoton (M), naar een tweetal detectoren geleid. Wanneer ze daar precies op hetzelfde moment aankwamen, konden ze onder bepaalde omstandigheden 'verknoopt' raken. A werd op dat moment gecorreleerd met M, maar was ook nog met B verbonden, zodat in feite de informatie van M via A op B werd overgedragen.

Het verschijnsel zou heel goed van pas kunnen komen in de computer van de toekomst. In dergelijke quantumcomputers kan via teleportatie informatie immers op een heel betrouwbare en snelle wijze worden overgestuurd. En hoewel ten slotte niets de teleportatie van grotere objecten in de weg staat, bevatten deze zoveel informatie dat zelfs als het ooit mogelijk zou worden, het waarschijnlijk gemakkelijker en goedkoper is om het origineel maar direct te sturen.

Datum:

13-12-1997

Sectie:

Wetenschap en Onderwijs

Pagina:

6

Onderschrift:

Foto: Star Trek: dr. Spock in de transporter

Op dit artikel rust auteursrecht van NRC Handelsblad BV, respectievelijk van de oorspronkelijke auteur.