De kwantumtheorie voorspelt dat een groot aantal atomen kan worden verstrengeld en verweven door een zeer sterke kwantumrelatie, zelfs in een macroscopische structuur. Tot nu, echter, experimenteel bewijs ontbrak meestal, hoewel recente ontwikkelingen de verstrengeling van 2 hebben aangetoond, 900 atomen. Wetenschappers van de Universiteit van Genève (UNIGE), Zwitserland, hebben onlangs hun gegevensverwerking opnieuw ontworpen, wat aantoont dat 16 miljoen atomen verstrikt waren in een kristal van één centimeter. Ze hebben hun resultaten gepubliceerd in Natuurcommunicatie .

De wetten van de kwantumfysica maken het mogelijk om onmiddellijk te detecteren wanneer uitgezonden signalen worden onderschept door een derde partij. Deze eigenschap is cruciaal voor gegevensbescherming, vooral in de encryptie-industrie, die nu kan garanderen dat klanten op de hoogte zijn van elke onderschepping van hun berichten. Deze signalen moeten ook lange afstanden kunnen afleggen met behulp van speciale relaisapparaten die bekend staan ​​als kwantumrepeaters - kristallen verrijkt met zeldzame aardatomen en afgekoeld tot 270 graden onder nul (nauwelijks drie graden boven het absolute nulpunt), waarvan de atomen verstrengeld en verenigd zijn door een zeer sterke kwantumrelatie. Wanneer een foton dit kleine kristalblok binnendringt, verstrengeling ontstaat tussen de miljarden atomen die het doorkruist. Dit wordt expliciet voorspeld door de theorie, en het is precies wat er gebeurt als het kristal een enkel foton opnieuw uitzendt zonder de ontvangen informatie te lezen.

Het is relatief eenvoudig om twee deeltjes te verstrengelen:een foton splitsen, bijvoorbeeld, genereert twee verstrengelde fotonen die identieke eigenschappen en gedragingen hebben. Florian Fröwis, een onderzoeker in de groep toegepaste natuurkunde aan de bètafaculteit van UNIGE, zegt, "Maar het is onmogelijk om het proces van verstrengeling tussen enkele miljoenen atomen direct te observeren, omdat de hoeveelheid gegevens die je moet verzamelen en analyseren zo enorm is."

Als resultaat, Fröwis en zijn collega's kozen voor een meer indirecte route, na te denken over welke metingen kunnen worden uitgevoerd en welke het meest geschikt zijn. Ze onderzochten de kenmerken van het licht dat door het kristal opnieuw wordt uitgestraald, evenals het analyseren van de statistische eigenschappen en de waarschijnlijkheden die twee belangrijke wegen volgen - dat het licht opnieuw wordt uitgestraald in een enkele richting in plaats van uniform uit te stralen vanuit het kristal, en dat het bestaat uit een enkel foton. Op deze manier, de onderzoekers slaagden erin om de verstrengeling van 16 miljoen atomen aan te tonen terwijl eerdere waarnemingen een plafond van enkele duizenden hadden. In een parallel werk, wetenschappers aan de Universiteit van Calgary, Canada, toonde verstrengeling aan tussen vele grote groepen atomen. "We hebben de wetten van de fysica niet veranderd, " zegt Mikael Afzelius, lid van de groep toegepaste natuurkunde van professor Nicolas Gisin. "Wat is veranderd, is hoe we omgaan met de gegevensstroom."

Deeltjesverstrengeling is een voorwaarde voor de kwantumrevolutie die op komst is, die ook van invloed zal zijn op de hoeveelheden gegevens die op toekomstige netwerken circuleren, samen met de kracht en bedrijfsmodus van kwantumcomputers. Alles, in feite, hangt af van de relatie tussen twee deeltjes op kwantumniveau - een relatie die veel sterker is dan de eenvoudige correlaties die worden voorgesteld door de wetten van de traditionele fysica.

Hoewel het concept van verstrengeling moeilijk te vatten is, het kan worden geïllustreerd met een paar sokken. Stel je een natuurkundige voor die altijd twee sokken van verschillende kleuren draagt. Als je een rode sok op zijn rechterenkel ziet, je leert ook meteen dat de linkersok niet rood is. Er is een correlatie, met andere woorden, tussen de twee sokken. In de kwantumfysica, er ontstaat een oneindig sterker en mysterieuzer verband:verstrengeling.

Nutsvoorzieningen, stel je voor dat er twee natuurkundigen in hun eigen laboratoria zijn, met een grote afstand die de twee scheidt. Elke wetenschapper heeft een foton. Als deze twee fotonen verstrengeld zijn, zullen de natuurkundigen niet-lokale kwantumcorrelaties zien, die de conventionele natuurkunde niet kan verklaren. Ze zullen ontdekken dat de polarisatie van de fotonen altijd tegengesteld is (zoals bij de sokken in het bovenstaande voorbeeld), en dat het foton geen intrinsieke polarisatie heeft. De polarisatie gemeten voor elk foton is, daarom, volledig willekeurig en fundamenteel onbepaald voordat ze worden gemeten. Dit is een onsystematisch fenomeen dat zich gelijktijdig voordoet op twee locaties die ver uit elkaar liggen - en dit is precies het mysterie van kwantumcorrelaties.