NieuwsQuantummechanica

Minitrommels in het lab slaan ‘onmogelijk’ ritme. En dat verandert het beeld over de grenzen van onze wereld

Fysici hebben aangetoond dat minuscule trommels gedrag kunnen vertonen dat voorheen voorbehouden leek aan nog veel kleinere deeltjes. Het resultaat is meer dan een natuurkundige curiositeit. ‘Dit laat zien dat jij en ik waarschijnlijk quantummechanische wezens zijn.’

Deze twee aluminium ‘minitrommels’ sloegen na zogeheten verstrengeling een ritme dat onder normale omstandigheden niet kan ontstaan. Beeld Teufel/NIST
Deze twee aluminium ‘minitrommels’ sloegen na zogeheten verstrengeling een ritme dat onder normale omstandigheden niet kan ontstaan.Beeld Teufel/NIST

Op de allerkleinst denkbare schaal, die van de fundamentele deeltjes, de bouwsteentjes van alles om ons heen, gedraagt de wereld zich volkomen anders dan we gewend zijn. Dingen kunnen er op meerdere plaatsen tegelijk zijn en, nog zoiets raars, ze kunnen elkaar onmiddellijk beïnvloeden, zelfs als zich vele kilometers uit elkaar bevinden. Dat gebeurt via een spookachtige verbinding die fysici ‘verstrengeling’ noemen.

In het huidige nummer van het vakblad Science beschrijft een groep Amerikaanse natuurkundigen hoe ze dat bizarre gedrag, beschreven in de wetten van de quantumnatuurkunde, nu ook hebben opgewekt in kleine trommeltjes die zo’n 70 picogram (een miljoenste van een miljoenste gram) wegen.

‘Dat klinkt als weinig, maar is naar quantummaatstaven waanzinnig zwaar – zo zwaar als een druppeltje uit een inkjetprinter’, zegt fysicus Carlo Beenakker (Universiteit Leiden). Want waar fysici dit soort gedrag vooral kennen van losse deeltjes, gaat het hier om aluminium minitrommels die in totaal een grove biljoen atomen bevatten.

Onzichtbare dirigent

De twee mechanische trommelvellen speelden elk een ritme waartussen je geen samenhang zou verwachten, maar bleken desondanks de onzichtbare hand van een quantumdirigent te volgen. Ze waren, met andere woorden, verstrengeld.

Volgens Beenakker laat dat resultaat vooral zien dat er geen fundamentele grens bestaat tussen onze wereld en de quantumwereld, een vermoeden dat de meeste fysici al langer hebben. ‘Ook jij en ik zijn dan quantummechanische wezens, alleen zijn wij zo groot dat je van die quantumeffecten niets meer merkt.’ Volgens de meest gangbare theorieën lekken de quantumkrachten van grote voorwerpen namelijk al snel weg in de omgeving.

Rekenwonder

Het onderzoek is overigens veel meer dan zomaar een natuurkundig trommelrecordje, benadrukt Beenakker. ‘Dit kan ook heel nuttige toepassingen hebben’, zegt hij. Zo kun je zo’n minitrommel bijvoorbeeld gebruiken als belangrijkste bouwsteen van een mechanische tegenhanger van een quantumcomputer, een rekenwonder dat sommige nu nog onmogelijke sommen in de toekomst razendsnel kan oplossen.

Wil dat praktisch haalbaar zijn, dan moet je de informatie in zulke trommels wel kunnen uitlezen. Maar ook dát moet kunnen, zo schrijft een groep Finse en Australische natuurkundigen in hetzelfde nummer van Science. Ook zij verstrengelden twee quantumtrommels – overigens iets kleinere exemplaren – en lieten zien dat ze de informatie verscholen in hun ritmes konden uitlezen zonder de onderliggende quantumkrachten te vernietigen.

Normaliter gooit bij zo’n meting de onzekerheidsrelatie van Heisenberg roet in het eten, een beroemde natuurwet die stelt dat je bijvoorbeeld nooit tegelijkertijd de positie en snelheid van een voorwerp nauwkeurig kunt weten. ‘Maar hier gebruikten de fysici een handige truc en projecteerden ze al die onzekerheden op een derde voorwerp’, zegt Beenakker.

De eerste generatie quantumcomputers, die nu al in natuurkundelabs en door ict-giganten als Google en IBM in elkaar worden gezet, zijn digitaal. Ze rekenen op basis van qubits, quantumversies van de vertrouwde nullen en enen in gewone computers. ‘Maar deze onderzoeken betekenen dat je quantumcomputers misschien ook analoog kunt maken’, zegt Beenakker. In dat geval rekenen we in de toekomst misschien het handigst met kleine dingen die draaien, wiebelen of dansen.

Meer over

Wilt u belangrijke informatie delen met de Volkskrant?

Tip hier onze journalisten


Op alle verhalen van de Volkskrant rust uiteraard copyright. Linken kan altijd, eventueel met de intro van het stuk erboven.
Wil je tekst overnemen of een video(fragment), foto of illustratie gebruiken, mail dan naar copyright @volkskrant.nl.
© 2021 DPG Media B.V. - alle rechten voorbehouden