Verstrengeling is een van de belangrijkste principes van de kwantummechanica. Natuurkundigen van de onderzoeksgroep van professor Johannes Fink aan het Institute of Science and Technology Austria (IST Oostenrijk) hebben een manier gevonden om een ​​mechanische oscillator te gebruiken om verstrengelde straling te produceren. Deze methode, die de auteurs hebben gepubliceerd in de huidige editie van Natuur , kan uiterst nuttig zijn als het gaat om het aansluiten van kwantumcomputers.

Verstrengeling is een typisch fenomeen in de kwantumwereld, die niet aanwezig is in de zogenaamde klassieke wereld - de wereld en wetten van de fysica die ons dagelijks leven beheersen. Als twee deeltjes verstrengeld zijn, de eigenschappen van het ene deeltje kunnen worden bepaald door naar het andere te kijken. Dit werd ontdekt door Einstein, en het fenomeen wordt nu actief gebruikt in kwantumcryptografie, waar het zou leiden tot onbreekbare codes. Straling kan ook verstrengeld zijn:dit is het fenomeen dat Shabir Barzanjeh, een postdoc in de groep van professor Fink aan IST Oostenrijk en eerste auteur van de studie, doet momenteel onderzoek.

"Stel je een doos voor met twee uitgangen. Als de uitgangen verstrengeld zijn, men kan de straling die uit de ene uitgang komt karakteriseren door naar de andere te kijken, " legt hij uit. Verstrengelde straling is al eerder gecreëerd, maar in deze studie voor het eerst werd een mechanisch object gebruikt. Met een lengte van 30 micrometer en samengesteld uit ongeveer een biljoen (10 ¹² ) atomen, de siliciumstraal die door de groep wordt gecreëerd, is groot op kwantumschaal. "Voor mij, dit experiment was op een fundamenteel niveau interessant, " zegt Barzanjeh. "De vraag was:kan men zo'n groot systeem gebruiken om niet-klassieke straling te produceren? Nutsvoorzieningen, we weten dat het antwoord ja is."

Maar het apparaat heeft ook praktische waarde. Mechanische oscillatoren kunnen dienen als een schakel tussen de extreem gevoelige kwantumcomputers en optische vezels die ze in datacenters en daarbuiten met elkaar verbinden. "Wat we hebben gebouwd is een prototype voor een kwantumlink, ' zegt Barzanjeh.

In supergeleidende kwantumcomputers, de elektronica werkt alleen bij extreem lage temperaturen, enkele duizendsten van een graad boven het absolute nulpunt (-273,15 °C). Dit komt doordat zulke kwantumcomputers werken op basis van microgolffotonen, die extreem gevoelig zijn voor geluid en verliezen. Als de temperatuur in een kwantumcomputer stijgt, alle informatie wordt vernietigd. Als gevolg hiervan, informatie overbrengen van de ene quantumcomputer naar de andere is momenteel bijna onmogelijk, omdat de informatie een omgeving zou moeten doorkruisen die te heet is om te overleven.

Klassieke computers in netwerken, anderzijds, zijn meestal verbonden via optische vezels, omdat optische straling zeer robuust is tegen storingen die gegevens kunnen beschadigen of vernietigen. Om deze succesvolle technologie voor kwantumcomputers te gebruiken, moet een koppeling worden gemaakt die de microgolffotonen van de kwantumcomputer kan omzetten in optische informatiedragers, of een apparaat dat verstrengelde microgolf-optische velden genereert als hulpmiddel voor kwantumteleportatie. Zo'n link zou dienen als een brug tussen de optische kamertemperatuur en de cryogene kwantumwereld, en het door de natuurkundigen ontwikkelde apparaat is een stap in die richting. "De oscillator die we hebben gebouwd, heeft ons een stap dichter bij een kwantuminternet gebracht, ", zegt eerste auteur Barzanjeh.

Maar dit is niet de enige mogelijke toepassing van het apparaat. "Ons systeem kan ook worden gebruikt om de prestaties van zwaartekrachtgolfdetectoren te verbeteren, " legt Shabir Barzanjeh uit en Johannes Fink voegt toe:"Het blijkt dat het observeren van dergelijke verstrengelde velden in stabiele toestand impliceert dat de mechanische oscillator die het produceert een kwantumobject moet zijn. Dit geldt voor elk type bemiddelaar, en zonder de noodzaak om het direct te meten, dus in de toekomst zou ons meetprincipe kunnen helpen om de potentieel kwantumaard van andere moeilijk te onderzoeken systemen zoals levende organismen of het zwaartekrachtveld te verifiëren of te vervalsen."