De term teleportatie, die de TU Delft-onderzoekers in dit verband gebruiken, is nog niet eens zo ver gezocht. Verstrengeling is een van de meest intrigerende aspecten van kwantummechanica. Als twee deeltjes verstrengeld zijn, smelten hun identiteiten als het ware samen: hun gezamenlijke toestand is exact bepaald, maar de identiteit van elk afzonderlijk deeltje is verdwenen. De verstrengelde deeltjes gedragen zich bovendien als één, ook als ze ver van elkaar verwijderd zijn. Einstein weigerde te geloven dat dit waar kon zijn, maar proeven hebben het fenomeen aangetoond.

Op verschillende chips

Verstrengelde toestanden zijn volgens de onderzoekers interessant voor computers omdat hiermee vele berekeningen tegelijk uitgevoerd kunnen worden. De laatste jaren is het al gelukt om kwantumbits binnen een chip met elkaar te verstrengelen. Nu is het voor het eerst gelukt om dat te doen met kwantumbits die op verschillende chips zitten.

Om dat te bereiken heeft de onderzoeksgroep van Ronald Hanson van het Kavli Institute of Nanoscience van de TU Delft gebruik gemaakt van elektronen in diamant. Daarin bevinden zich zogenoemde 'mini-gevangenisjes' voor elektronen.

Met steun van de Stichting FOM en in samenwerking met het Britse bedrijf Element Six, is men er in geslaagd om twee elektronen in verschillende diamanten, op enkele meters afstand van elkaar, in een verstrengelde toestand te brengen. Omdat de twee elektronen elkaar niet direct 'voelen' op deze grote afstand, werden lichtdeeltjes gebruikt om de verstrengeling over te brengen.

Altijd precies tegengesteld

De twee elektronen worden eerst ‘aangeslagen’ door een laserpuls en zenden daarna allebei een foton (lichtdeeltje) uit. De beide fotonen passeerden in de testopstelling een halfdoorlatende spiegel. Volgens de wetten van de kwamtummechanica zijn de lichtdeeltjes die bij de detectoren aankomen tegelijkertijd zowel van het ene elektron, als van het andere elektron afkomstig. Ze zijn daarmee verstrengeld.

Natuurlijk moest deze verstrengeling ook nog bewezen worden. Hiertoe werden spintoestanden van beide elektronen uitgelezen en vergeleken. Hoewel de spinrichting van elk elektron apart volledig willekeurig was, bleken de spinrichtingen van de twee elektronen altijd precies tegengesteld te zijn.

De afstand van drie meter tussen de elektronen is volgens het onderzoeksteam vrij arbitrair gekozen. Het experiment is namelijk ook over grotere afstand uitvoerbaar.

Kwantumnetwerk

De volgende stap in het onderzoek, een dezer dagen gepubliceerd in Nature, is de teleportatie van elektronen. Het is in theorie mogelijk om de toestand van een deeltje over grote afstand te 'over te brengen' naar een ander deeltje, door slim gebruik te maken van de verstrengeling. Voor alle duidelijkheid: Kwantumteleportatie verplaatst dus niet de materie (zoals bij Star Trek), maar slechts de toestand daarvan.

Hanson voorziet een kwantumnetwerk voor de communicatie tussen toekomstige supersnelle kwantumcomputers – een kwantum internet. De TU Delft is nu al bezig de experimenten uit te breiden met meer kwantumbits per chip. De beveiliging van informatie is volgens Hanson ook gewaarborgd. Bij teleportatie reist de informatie immers niet door de tussenliggende ruimte, waardoor 'aftappen' moeilijk wordt.

Video: De twee elektronen worden ‘aangeslagen’ door een laserpuls en zenden daarna allebei een foton (lichtdeeltje) uit. De beide fotonen passeren een halfdoorlatende spiegel. Volgens de tegen-intuïtieve wetten van de quantummechanica zijn de lichtdeeltjes die bij de detectoren aankomen tegelijkertijd zowel van het ene elektron, alswel van het andere elektron afkomstig. Ze zijn daarmee verstrengeld. Zodra de toestand (‘spin’) van het ene elektron wordt gelezen, is daarmee meteen de toestand van de andere bepaald. Het is enigszins vergelijkbaar met twee munten opgooien in een toss. Bij ‘verstrengelde munten’ is de uitkomst van elke ‘gooi’ apart willekeurig, maar als het ene muntstuk ‘kop’ heeft, is de andere altijd ‘munt’ en vice versa.