Quantumteleportatie verwijst bezwaren Einstein naar prullenbak

Het is een mooie dag voor liefhebbers van quantumfysica in z’n meest zuivere vorm. Een nieuw experiment aan de TU Delft, uitgevoerd door de onderzoeksgroep van Ronald Hanson aan het QuTech-lab, heeft bewezen dat een van de meest contra-intuïtieve eigenschappen van de beroemde theorie echt is. 

De qubit die Ronald Hanson gebruikt bij zijn experimenten heeft een schaal van enkele tientallen micrometers.
De qubit die Ronald Hanson gebruikt bij zijn experimenten heeft een schaal van enkele tientallen micrometers. Bron: TU Delft

Hanson en collega’s deden dat door te bewijzen dat twee deeltjes die 1,3 kilometer uit elkaar zaten, elkaars eigenschappen deelden. Dat meldt Nature News deze ochtend op basis van een voorpublicatie van het resultaat op de wetenschappelijke voorpublicatiesite Arxiv.

Bizarre eigenschappen

De test die de onderzoekers deden, vormt een eerste stap richting teleportatie van quantuminformatie over grote afstanden. Bij dat soort teleportatie zijn twee bizarre eigenschappen van de quantumfysica van belang. De eerste daarvan is verstrengeling, het idee dat de eigenschappen van twee deeltjes onlosmakelijk met elkaar verbonden kunnen raken en vervolgens elkaar eigenschappen delen. Dat hangt echter samen met een tweede gekkigheid van de quantummechanica die bekendstaat onder de term ‘superpositie’, het bijzondere gegeven dat twee deeltjes tegelijk meerdere eigenschappen kunnen hebben die elkaar klassiek uitsluiten. Zo kunnen quantumdeeltjes rustig op twee plaatsen tegelijkertijd zijn en kunnen qubits, de quantumversies van de klassieke nullen en enen van digitale informatie, tegelijkertijd nul én één zijn.

Die superpositie blijft gelden totdat je een deeltje meet – dan kiest het één van de opties, bijvoorbeeld een enkele positie of alleen de waarde nul of een. Wanneer twee quantumdeeltjes dan bovendien ook nog verstrengeld zijn, zorgt zo’n meting aan het ene deeltje ook direct voor een reactie in de ander. Meet je het ene deeltje als nul, dan is het andere daarna bijvoorbeeld ineens 1.

Teleporteren

Dat gegeven zorgt ervoor dat je een quantumtoestand kunt teleporteren, een term die bewust verwijst naar het verplaatsen van mensen van en naar planeten en ruimteschepen in de sciencefictionserie Star Trek. Bij quantumteleportatie verplaats je alleen geen mensen, maar informatie. Deze gaat daarbij direct – zonder dat er tijd voorbij gaat – van de ene plek naar de andere. Op die manier kun je informatie in theorie zelfs sneller verplaatsen dan het licht, een gegeven waar Einstein openbaar grote twijfels over uitte.

In 2014 lukte het Hanson en collega’s al om de informatie in een qubit over een afstand van 3 meter te teleporteren, destijds een wereldrecord. In plaats daarvan hebben zij quantuminformatie nu verstrengeld over 1,3 kilometer en metingen gedaan via kabels die onder het terrein van de TU Delft doorliepen. Dat is de belangrijkste eerste stap op weg naar echte quantumteleportatie.

Einsteins ongelijk

Leestip: In het nieuwe boek Het quantumtijdperk leest u alles over hoe quantumfysica het leven van alledag verandert.
Leestip: In het nieuwe boek Het quantumtijdperk leest u alles over hoe quantumfysica het leven van alledag verandert. Bestel dit boek in onze webshop.

Die sprong voorwaarts is niet alleen groot nieuws omdat het teleportatie over grote afstanden dichterbij brengt, iets dat tot nog toe technisch moeilijk te realiseren was. Veel belangrijker is dat het ervoor zorgt dat verstrengeling nu loophole free is. Dat wil zeggen: er is niet stiekem iets anders aan de hand, zoals Einstein dacht. Verstrengeling bestaat echt.

Over kortere afstanden speelt bijvoorbeeld de zogeheten communication loop hole onderzoekers nog parten wanneer zij hun resultaten willen interpreteren. Omdat metingen doen tijd kost, zou het meten van het ene deeltje soms best op de een of andere manier het resultaat van de andere meting kunnen beïnvloeden, zonder dat de lichtsnelheid wordt verbroken. Bij de afstand van 1,3 kilometer waar Hanson en collega’s dit onderzoek op deden, is daar echter geen sprake meer van. Alleen daadwerkelijke verstrengeling waarbij de twee deeltjes samen één geheel vormen, zelfs als ze een grote afstand uit elkaar zitten, lijkt nu nog een verklaring voor het gevonden resultaat te bieden.

Overigens vormen de resultaten van dit experiment ook een mooie stap vooruit naar een echt quantuminternet, een voor hackers onkraakbaar communicatiesysteem. In de toekomst zullen quantumcomputers op dat internet kunnen inloggen en zo hun quantuminformatie kunnen uitwisselen. De bij dit onderzoek betrokken qubits en verbindingen moeten in de toekomst de bouwblokken van zo’n quantuminternet worden.

Nobelprijs

Op dit moment wil Hanson zelf nog niet reageren op zijn resultaten, laat hij via de mail weten. De publicatie op Arxiv is een voorpublicatie die nog niet door vakcollega’s aan de standaard wetenschappelijke controle is onderworpen. Zodra zij hebben bevestigd dat het team van Hanson inderdaad heeft gevonden wat ze in hun voorpublicatie stellen, volgt een echte publicatie en mogen de onderzoekers hun resultaten ook verder toelichten.

Toch is het enthousiasme onder quantumfysici over dit eerste resultaat nu al groot. ‘Het zou mij niet verbazen als we de komende jaren een van de auteurs van dit artikel, samen met die van wat oudere experimenten zoals die van Aspect, terugzien bij de nominaties voor de Nobelprijzen’, zei quantumfysicus Matthew Leifer tegen Nature News. ‘Zo spannend is dit.’

Edit: per abuis werd in een vorige versie van dit bericht gemeld dat de onderzoekers al daadwerkelijk informatie over 1,3 kilometer hadden geteleporteerd. In plaats daarvan hebben zij een voorstadium van teleportatie bereikt, waarbij zij (zoals in de eerste versie ook al stond) bewezen dat de deeltjes verstrengeld waren.

Altijd op de hoogte blijven van het laatste wetenschapsnieuws? Meld je nu aan voor de New Scientist nieuwsbrief. 

Lees ook:

13 Reacties

  • Frank Dijkstra

    | Beantwoorden

    “Bij quantumteleportatie verplaats je alleen geen mensen, maar informatie. ”

    Dit klopt toch niet? Je verplaatst niet de informatie, je deelt het alleen maar. Op de eerste positie is de informatie toch ook gewoon beschikbaar? Dus eigenlijk is dit geen teleporteren…

  • Ron Hempenius, IT Engineer

    | Beantwoorden

    Er wordt in dit geval niets verplaatst. In dit beschreven geval is de informatie, want dat is het, beschikbaar op beide locaties, op het zelfde moment dat op een locatie de interpreteerbare data wordt aangemaakt. In vergelijking met clustering, hierbij doel ik op gekoppelde datacenter computers met hun datastorage systemen, waarbij de data vanaf een zendstation, bijvoorbeeld een server, simultaan naar twee of meerdere ontvang stations wordt gestuurd, bijvoorbeeld ontvangende server computers, is dat in voornoemde clustering tijd nodig is om de data te repliceren. In het onderhavige experimentele geval van “quantum teleportatie”, wat dus eigelijk een ongelukkige term is, gaat het om de simultane status van een data drager buiten de ruimte tijdspiraal. Een voorbeeld is: ik verander de status op station A, op station B gebeurt, zonder enige tijdvertraging, hetzelfde. Omdat de tijd is buitengesloten zou je theoretisch, indien zich een station B op Alpha Centauri zou bevinden ( ca. 4,5 lichtjaar ver weg) bij het invoeren van data op station A, OP HET EXACT ZELFDE MOMENT op station B op Alpha Centauri zichtbaar worden.
    Dit opent de mogelijkheid om met elkaar te communiceren over afstanden die lichtjaren overschrijden, dus is het een grote doorbraak op quantum gebied maar ook op communicatie en veiligheidsgebied. Dat laatste omdat het niet mogelijk is mee te luisteren als je geen gekoppeld station bezit.

  • Jan Hemmer

    | Beantwoorden

    Ik lees al heel lang over dit verschijnsel, maar er blijven nog steeds een aantal dingen vaag voor mij.

    1. Hoe verstrengel je 2 deeltjes en hoe bepaal je dat ze verstrengeld zijn?
    2. Wat voor deeltjes worden verstrengeld?
    3. Hoe bewaar je die deeltjes vervolgens in die toestand? (Neem je ze mee in een koffertje?)
    4. Hoe stel je uiteindelijk de gelijktijdige toestand van beide deeltjes vast?
    5. Kan je de betrokken deeltjes meerdere keren blijven gebruiken?

    Lijkt me iets voor een populairwetenschappelijk maandblad.
    Gebeurt dat spontaan bij B bij meting aan deeltje A of moet je dat exact timen

  • ing. Dan Visser

    | Beantwoorden

    Beste George van Hal,
    Jij hebt iets geschreven wat nog lang niet echt bewezen is, namelijk dat informatie sneller dan licht kan. De verstrengelde informatieoverdracht is pas mogelijk als er een kwantumkanaal opgezet is met een klassieke communicatie-link, voordat een kwantum-bit verplaatst kan worden. Er moeten namelijk twee klassieke bits een kwantum-bit vergezellen. Die klassieke communicatie kan niet sneller dan licht, ook al is die draadloos. De overgebrachte verstrengelde informatie lijkt dan wel sneller dan licht te gaan, maar er zijn geen resultaten bekend hoeveel sneller dan licht.

    • Gert

      | Beantwoorden

      De info gaat niet sneller dan licht, A en B zijn identiek, tijd speelt geen rol.
      Als A wijzigt dan ook B.

  • Sjaak Uitterdijk

    | Beantwoorden

    Of Einstein nu wel of niet gelijk had aangaande dit onderwerp, hij had het in ieder geval niet toen hij met zijn SRT op de proppen kwam.

    Zie http://vixra.org/author/sjaak_uitterdijk voor de fundamentele bewijzen van deze stellingname

    • M. Prins

      | Beantwoorden

      Daar is er weer eentje die denkt dat ie het ongelijk van Einstein inzake de relativiteitstheorie heeft aangetoond. Zucht…

      Schande als Sjaak de Nobelprijs niet wint! #sarcasme

  • Sjaak Uitterdijk

    | Beantwoorden

    Beste M. Prins,

    In het onwaarschijnlijke geval dat je mijn artikelen op vixra al zou hebben gelezen, zou je toch op zijn minst met inhoudelijke tegenargumenten je bovenstaande bewering hebben moeten ondersteunen. Maar vermoedelijk heb je helemaal geen verstand van deze zaken en voel je je een flinke en populaire jongen/meisje ? met dit conformistische gedrag. Wees eens een vent/meid !!

  • M. Prins

    | Beantwoorden

    Wat een gefrustreerde reactie. Dat zie je nooit bij echte wetenschappers. O wacht…

    Inhoudelijke tegenargumenten? O de ironie! Als er iemand met inhoudelijke tegenargumenten moet komen, ben jij het, Sjaak. In geen van je artikeltjes geef je namelijk aan waar Einstein fout zat. Dus begin daar maar eens mee.

    Hoe ik dat weet? Nee, ik heb je stukjes niet gelezen, ben je gek. Ik heb wel even wat research gedaan, speciaal voor jou. Op talloze sites is jou namelijk al uitgelegd dat je er volkomen naast zit met je ‘theorieën’. Maar dat wil er bij jou blijkbaar niet in. De typische koppigheid van pseudo-wetenschappers. Dus probeer je het nu bij NewScientist, waar je ideeën, ik voorspel je alvast, ook niet serieus genomen zullen worden. Simpel, omdat ze niet deugen.

    “Maar vermoedelijk heb je helemaal geen verstand van deze zaken.”

    Serieus? En jij zegt tegen míj dat ik een vent/meid moet zijn? En dan doe je zelf zo denigrerend? Vind je dat zelf niet vreselijk krom? Ik heb er minder verstand van dan Einstein , maar minstens zo veel als jij. Maar in tegenstelling tot jou, ontbreekt het mij aan de arrogantie om te denken dat ik het beter weet dan Einstein.

    Was dat mans/vrouws genoeg voor je?

  • Sjaak Uitterdijk

    | Beantwoorden

    Beste M. Prins,

    Ik heb je verweer zorgvuldig bestudeerd, maar ik heb inderdaad geen enkel inhoudelijk verweer gevonden. Je bent dus nog steeds een lafaard. In dit geval met een sausje: een raaskallende lafaard.

    Onderstaand artikel is daarom vrijwel zeker een parel voor de extreem fundamentalistische SRT-gelovige geworpen.

    Wetenschappers zijn net mensen!

    Een jarenlang, en nog steeds lopend, intensief contact met deze uiterst dunne laag van de maatschappij bracht mij tot deze constatering.

    Dit contact vloeide voort uit een nadere bestudering van een natuurkundig fenomeen. Dit fenomeen vond zijn oorsprong in 1886, toen Michelson & Morley (M&M) een experiment uitvoerden dat moest resulteren in het vaststellen van de snelheid van de aarde in het universum: niet alleen vanwege haar baan om de zon, maar mogelijk ook als gevolg van een snelheid van het gehele zonnestelsel in het universum. De basisgedachte er achter was het, al eeuwen oude, idee dat het universum een niet zichtbaar, niet voelbaar en gewichtloos medium bevat. Het stond bekend onder de naam ether. Dit idee berustte weer op de veronderstelling dat licht zich alleen kon voorplanten in het universum dankzij dit medium. Deze ether werd verondersteld in absolute rust te verkeren. Dus de snelheid van wat dan ook kon teruggevoerd worden op deze referentie. Zo ook die van de hemellichamen en dus van de aarde.
    Het experiment mislukte. In die zin dat er geen enkele snelheid van de aarde kon worden vastgesteld. De natuurkundigen zaten met hun handen in het haar.
    Gelukkig bracht in 1905 een wetenschapper, nog in dop, een alternatief model op de bühne. Inderdaad, geboren in Duitsland: Albert Einstein, nog maar 26 jaren jong. Bijna elke natuurkundige was opgelucht. Bijna, want bijvoorbeeld zijn studiegenoot Ritz was bepaald niet ingenomen met het idee. Ritz stierf echter al op 31 jarige leeftijd.
    De euforie over dit alternatief duurt nog steeds voort. En Einstein was inmiddels verheven tot god van de natuurkunde.
    Wat behelst dat alternatief? Ten eerste: licht heeft geen mysterieus medium nodig om zich voort te planten. Het plant zich zelfs het snelste voort in vacuüm. Die snelheid wordt aangeduid met het symbool c. De waarde is, afgerond, 300.000 km/sec. Het ethermodel werd dus afgeschaft. Maar met het afschaffen daarvan ontstond wel een ander probleem: ten opzichte waarvan is nu die lichtsnelheid c? Waar dat in het ethermodel de ether was, zou dat in dit alternatief het vacuüm moeten zijn. Maar vacuüm betekent “niets” en “niets” kan, bij definitie, geen referentie vormen voor welke snelheid dan ook. Einstein ‘loste dit probleem op’ met zijn volgende formulering (de lezer die deze formulering niet begrijpt mag zich gelukkig prijzen!): licht beweegt zich in een systeem “in rust” altijd met snelheid c, ongeacht of dit licht door een in rust zijnd of bewegend lichaam wordt uitgezonden. De aanhalingstekens zijn origineel!
    In de loop der jaren hebben natuurkundigen zich gerealiseerd dat een systeem-in-rust, met of zonder aanhalingstekens, niet bestaat. Echter, in plaats van dit grondig aan te pakken is Einstein zijn originele formulering nog belachelijker gemaakt. Waar Einstein schreef: “ongeacht of dit licht door een in rust zijnd of bewegend lichaam wordt uitgezonden” is de kreet ‘voor de waarnemer’ neergezet. Het fundamenteel onjuiste hiervan is dat waarnemers niet in theorieën kunnen en mogen worden opgenomen. Waarnemen doe je (pas) als je, door middel van metingen, wilt bewijzen dat een theorie juist is. Of, zoals M&M ongewild deden, bewijzen dat een theorie onjuist is.
    De daadwerkelijke oplossing staat impliciet in een al eeuwen oud zogenaamd postulaat. Een postulaat is een veronderstelling waarvan de juistheid als dermate voor de hand liggend wordt beschouwd dat het bewijs daarvan, voor zover die juistheid bewezen zou kunnen worden, niet nodig wordt geacht. Een voorbeeld uit de wiskunde is: de kortste wiskundige afstand tussen twee punten is die van de rechte lijn er tussen.
    Het natuurkundige postulaat dat hier wordt bedoeld staat bekend onder de naam Principe van de Relativiteit. Een ieder die wel eens in de trein heeft gezeten heeft het wel eens aan den oge ondervonden: als de trein waarin je zit heel voorzichtig vertrekt en er staat een trein naast, weet je in eerste instantie niet welke van de twee treinen rijdt. Nu één stapje verder: iets wat zonder versnelling/vertraging voortbeweegt, dus met constante snelheid, wordt in de natuurkunde een inertiaal systeem genoemd. Een tot de verbeelding sprekend voorbeeld is een ruimtevaartuig dat met constante snelheid het universum doorklieft. Het postulaat nu luidt: in inertiale systemen zijn alle natuurkundige wetten hetzelfde.
    Einstein zat met zijn formulering héél dicht bij de juiste. Hij had, op grond van dat postulaat, moeten schrijven: licht beweegt zich in (of t.o.v.) een inertiaal systeem altijd met snelheid c, ongeacht de snelheid van dit systeem. Ritz was díe mening toegedaan, maar in zijn argumentatie verwees hij niet naar dit postulaat.
    Datzelfde postulaat staat bijvoorbeeld ook niet toe, in tegenstelling tot Einstein zijn overtuiging, dat een klok in een inertiaal systeem een tijd aanwijst die afhankelijk is van de snelheid van dat systeem.
    En waarom zijn wetenschappers nu net mensen? Omdat hun gevoelens, emoties en hun conformistisch gedrag hen niet toestaan openlijk te erkennen dat door deze fundamentele fout Einstein zijn Speciale Relativiteitstheorie naar het rijk der fabelen moet worden verwezen.
    Experimenten waarvan wordt geclaimd dat ze de juistheid van deze theorie bevestigen, zijn daarom onjuist uitgevoerd en/of onjuist geïnterpreteerd en/of gemanipuleerd. Of je kiest er voor de onderhavige veronderstelling, waarvan de juistheid als dermate evident wordt beschouwd dat het bewijzen ervan niet nodig wordt geacht, te verwerpen.
    De keuze is aan de wetenschapper, maar dan wel graag op grond van wetenschappelijke overwegingen.

    Sjaak Uitterdijk

  • Hans van Ham

    | Beantwoorden

    Gelijktijdig een of nul is onmogelijk het is altijd een of nul.
    Dat je het alleen weet als je meet is een kinderachtige manier om het zo te vertellen.
    Echt, niets! van het zelfde kan op twee plaatsen gelijktijdig zijn in dezelfde hoedanigheid. Niets en nooit niet. Natuurkundigen, ga op zoek naar het medium dat jullie boodschappen verplaatst. Einstein heeft nog steeds gelijk er is gewoon een medium wat bij ons onbekend is. Maar dat natuurkundigen dit brengen als het walhalla van de ontdekkingen is misleidend.
    Het zou alleen kunnen als we allen met alle aanwezige materie in het heelal als in een game leven die extern wordt gestuurd, dan alleen en anders is gelijktijdigheid zoals de natuurkundigen nu beweren niet mogelijk. Net zoals het onmogelijk is dat iets uit het niets ontstaat er moet altijd iets ervoor zijn anders kan er geen basis zijn voor het volgende.

    Hans van Ham

  • Pascal Kwanten

    | Beantwoorden

    @ Dan: goede samenvatting!
    @ Frank: beschouw ook het zg. “no cloning” principle, dat staat keurig uitgelegd in het volgende artikel:

    http://researcher.watson.ibm.com/researcher/view_group.php?id=2862

    (Beschouw de lichtblauwe illustraties met intact original & disrupted original in resp. de klassieke transmissie en quantum teleportatie)

    De moeite waard, ook voor de andere geinteresseerden.

  • Quantum

    | Beantwoorden

    Quite uit het artikel: ‘Wanneer twee quantumdeeltjes dan bovendien ook nog verstrengeld zijn, zorgt zo’n meting aan het ene deeltje ook direct voor een reactie in de ander. Meet je het ene deeltje als nul, dan is het andere daarna bijvoorbeeld ineens 1.’

    Merk op dat in al deze experimenten de deeltjes met elkaar in contact zijn geweest voor de meting. In geen enkel experiment wordt aangetoond dat meting aan het ene verstrengelde deeltje een directe invloed heeft op het andere verstrengelde deeltje.

    Wanneer we dit instantane effect uitleggen volgens Quantum Field Theory (QFT), wat is dan de reden voor deze correlatie tussen de verstrengelde deeltjes ?

    Volgens QFT (waarmee alle observaties bij al deze experimenten verklaard kunnen worden) is de reden voor deze correlatie niet een direct effect van het ene deeltje op het andere deeltje.

    De reden voor al deze correlaties – de reden voor de verstrengeling – is dat de twee deeltjes voor de meting met elkaar in contact zijn geweest.

    Bijvoorbeeld 2 electronen met gecorreleerde spins zijn geprepareerd op dezelfde plaats met een proces dat er voor zorgt dat j=0 voor de uiteindelijke totale toestand. Ze zijn anti-gecorreleerd omdat ze tegelijk zijn geprepareerd. Je weet dat een systeem zich moet
    gedragen volgens een bepaalde quantum wet en je maakt daar vervolgens gebruik van.

    Mensen welke het niet eens zijn met de uitleg dat “verstrengeling altijd veroorzaakt wordt door een gemeenschappelijke oorsprong van de deeltjes – hun interactie ergens in het verleden” hebben bewijzen nodig.

    Deze bewijzen kunnen theoretisch of empirisch zijn.

    Het theoretische bewijs zal strijdig zijn met QFT, want met QFT kun je bewijzen dat dit instantane effect niet bestaat. Tegelijkertijd zal dit theoretische bewijs minimaal alle observaties welke voorspeld worden door QFT ook moeten kunnen verklaren. Dit zal (bijzonder) lastig worden.

    Om empirisch bewijs te verkrijgen moet je een observatie doen eventueel verkregen met een experiment. Je zal dan bewijs moeten verkrijgen voor de claim dat “verstrengeling kan bestaan zelfs als de twee deeltjes nooit met elkaar in contact zijn geweest” en moet je een procedure ontwerpen welke verstrengelde toestanden kan produceren en aantonen
    zonder dat de verstrengeling is ontstaan door interactie van de deeltjes in het verleden.

Plaats een reactie