Atoomkernen verstrengeld
Wetenschappers van het Kavli Institute of Nanoscience van de TUDelft, de Stichting FOM en Element Six hebben die twee atoomkernenquantummechanisch met elkaar verstrengeld. Deze exotische relatiemaakten zij door een nieuw type meting. Deze experimenten zijn eenbelangrijke stap op weg naar een razendsnelle quantumcomputer.
Spookachtig verstrengeld
Quantumverstrengeling is een van de meest intrigerende fenomenenin de natuurkunde. Als twee deeltjes verstrengeld zijn, zijn huneigenschappen zo sterk met elkaar verbonden dat ze hun eigenidentiteit verliezen. Worden beide deeltjes gemeten dan zullen demeetuitkomsten volledig gecorreleerd zijn, zelfs als de deeltjesver van elkaar verwijderd zijn. Einstein was daar al meebezig en noemde het idee een ‘spookachtige actie opafstand’.
Pas nadat John Bell een ongelijkheid vond waarmee deze vreemdeeigenschappen kon worden bewezen, werd verstrengeling geaccepteerdals fundamenteel onderdeel van de natuur. Tegenwoordig wordtverstrengeling gezien als een uniek ingrediënt voor revolutionairenieuwe technologieën die veilige communicatie en ultrasnelleberekeningen mogelijk kunnen maken.
Diamonds are a researchers best friend
Waarom zijn de onderzoekers aan de slag gegaan hiermee en waarommet atomen uit diamanten? Atoomkernen in diamant blijkenveelbelovende bouwstenen voor een quantumcomputer. Zij gedragenzich als een klein magneetje (de ‘spin’).
De twee mogelijke toestanden van de spin (omhoog of omlaag)kunnen gebruikt worden om quantuminformatie in te coderen.Onderzoekers van de TU Delft en FOM beschreven in Nature al eerderhoe ze de spintoestand van individuele atoomkernen kunnenuitlezen.
In de ultrapure synthetische diamanten van het bedrijf ElementSix zijn de quantumtoestanden van de atoomkernen ook nog eens heelgoed beschermd. Maar omdat de wisselwerking tussen kernspins indiamant erg zwak is, is het maken van de voor technologieënvereiste verstrengeling een grote uitdaging.
Een elegante variatie
Een team uit Delft en van Element Six is het nu gelukt om deverstrengeling te maken door een speciale eigenschap vanquantummetingen te gebruiken. Deze geven niet alleen informatieover een systeem, maar ze dwingen het systeem ook te kiezen tussende mogelijke toestanden. Door deze eigenschap van projectie zijnquantummetingen een krachtig gereedschap voor het manipuleren vanquantumsystemen.
Het team gebruikte een elegante variatie op de conventionelequantummetingen om de verstrengeling te maken. In plaats van elkeatoomkern apart te ondervragen, hebben ze een gezamenlijkeeigenschap van de twee atoomkernen gemeten zonder iets over detoestand van de atoomkernen afzonderlijk te weten te komen. Demeting dwong de atoomkernen om precies dezelfde kant op te wijzen,of precies de tegenovergestelde kant, en maakte zo de gewenstecorrelaties.
De onderzoekers hebben bewezen dat de atoomkernen inderdaadverstrengeld waren door de fameuze ongelijkheid van Bell teschenden. Daarmee bereikten zij een primeur voor spins in een vastestof.
