01-05-2012
De toekomst die het verleden verandert
Nieuwe stap vooruit in quantumtovenarij
Verstrengelde fotonen beslissen pas achteraf wat hun partners al overkomen is. Verwarrend? Het fameuze quantumlab van Anton Zeilinger laat weer zien dat de quantummechanica altijd nog gekker kan.
Het principe van entanglement swapping; een meting aan twee van vier fotonen bepaalt welke paren verstrengeld zijn.
Het maken van paren verstrengelde (entangled) deeltjes (bijvoorbeeld fotonen) is voor quantumfysici al bijna routine. Beide fotonen weten dan van elkaar wat ze doen en blijken bij detectie in bepaalde opzichten hun gedrag op elkaar af te stemmen, ook als het ene foton hier op aarde blijft en het andere foton op Saturnus is gearriveerd.
Die onderlinge afstemming gebeurt onmiddelijk, zonder dat er informatie tussen beide kanten wordt uitgewisseld (die hoogstens met de lichtsnelheid zou kunnen reizen). Dit tart al de klassieke logica, maar het kan nog gekker.
In Nature Physics beschrijven fysici uit de fameuze quantumoptica-groep van Anton Zeilinger nu een experiment met twee verstrengelde fotonparen, waarin een slimme combinatie van drie metingen, waaronder één zogeheten uitgestelde meting, er voor zorgt dat voor twee van de vier fotonen het gedrag met terugwerkende kracht op elkaar afgestemd wordt. Hoe ongeloofwaardig dit ook klinkt: op het moment dat deze twee fotonen hun gedrag op elkaar afstemmen, beslist een gebeurtenis in de toekomst hoe ze dat precies moeten doen.
Polarisatie
Het experiment wordt gedaan met ultra-kort gepulste UV-lasers, die door glasvezels groepjes fotonen een circuit in sturen met bundelsplitsers en kristallen die één foton omzetten in twee verstrengelde fotonen.
Ook kan van afzonderlijke fotonen gedetecteerd worden of ze al of niet door diverse polarisatiefilters in het circuit heen gaan. Of een foton door een polarisatiefilter heen gaat is altijd een kansproces, maar verstrengelde fotonen hebben altijd dezelfde polarisatie, waardoor er een hoge – klassiek niet verklaarbare – correlatie bestaat tussen het wel/niet passeren van twee filters door beide fotonen. Zo lijken verstrengelde fotonen hun gedrag op elkaar af te stemmen, terwijl niet-verstrengelde fotonen zich meer gedragen als twee dobbelstenen.
Swapping
Onder leiding van Xiao-song Ma is hier nog een laag bovenop gezet: entanglement swapping, 'verstrengeling wisselen'. Door twee fotonen van verschillende verstrengelde paren samen te nemen, kan dit een nieuw verstrengeld paar vormen, waardoor ook de overgebleven partners van beide paren verstrengeld raken. Echter, het is ook mogelijk om de twee fotonen zo samen te nemen dat geen nieuwe verstrengeling ontstaat en ook de oorspronkelijke verstrengeling verdwijnt.
De crux van het experiment is nu, dat je het samennemen van die fotonen zo'n 300 nanoseconden kunt uitstellen door die fotonen eerst door een meer dan honderd meter lange glasfiber te leiden. Wanneer die twee fotonen uit hun glasfibers komen, zijn de overgebleven partners reeds wel of niet door hun polarisatiefilter heen gegaan, terwijl je dan nog kunt beslissen of je die fotonen via entanglement swapping verstrengeld wilt laten zijn of niet. Dus: pas 300 nanoseconden nadat de overgebleven partners door hun respectieve polarisatiefilters heen gegaan zijn, beslis je of ze hun gedrag daarbij op elkaar moeten afstemmen of niet.
Nu is 300 nanoseconden nog vrij kort, zodat bij dit experiment alle gegevens pas achteraf bekeken konden worden. Maar dan blijkt inderdaad, dat de overgebleven partners wel of niet hun gedrag op elkaar afstemmen in overeenstemmig met de 300 nanoseconden later genomen beslissing.
(wetenschap24.nl)