Kwantummechanica is een van de meest succesvolle theorieën van de natuurwetenschap, en hoewel de voorspellingen vaak contra-intuïtief zijn, er is tot op heden geen enkel experiment uitgevoerd waarvan de theorie geen adequate beschrijving heeft kunnen geven.

Samen met collega's van bigQ (Center for Macroscopic Quantum States—een Deens National Research Foundation Center of Excellence), centrumleider prof.dr. Ulrik Lund Andersen werkt aan het begrijpen en gebruiken van macroscopische kwantumeffecten.

"De heersende opvatting onder onderzoekers is dat kwantummechanica een universeel geldige theorie is en daarom ook toepasbaar in de macroscopische dagelijkse wereld waarin we normaal leven. Dit betekent ook dat het mogelijk moet zijn om kwantumverschijnselen op grote schaal waar te nemen, en dit is precies waar we naar streven in het Deense National Research Foundation Centre of Excellence bigQ, ", zegt Lund Andersen.

In een nieuw artikel in het prestigieuze internationale tijdschrift Wetenschap , beschrijven de onderzoekers hoe ze erin zijn geslaagd om verstrengelde, geperst licht bij kamertemperatuur, een ontdekking die de weg zou kunnen effenen voor goedkopere en krachtigere kwantumcomputers. Hun werk betreft een van de meest notoir moeilijk te begrijpen kwantumfenomenen:verstrengeling. Het beschrijft hoe fysieke objecten in een staat kunnen worden gebracht waarin ze zo nauw met elkaar verbonden zijn dat ze niet langer afzonderlijk kunnen worden beschreven.

Als twee objecten verstrengeld zijn, ze moeten worden gezien als een verenigd geheel, ongeacht hoe ver ze van elkaar verwijderd zijn. Ze gedragen zich nog steeds als één eenheid - en als de objecten afzonderlijk worden gemeten, de resultaten zullen zo gecorreleerd zijn dat het niet beschreven kan worden op basis van de klassieke natuurwetten. Dit is alleen mogelijk met behulp van kwantummechanica.

Verstrengeling is niet beperkt tot paren objecten. In hun pogingen om kwantumverschijnselen op macroscopische schaal waar te nemen, de onderzoekers van bigQ zijn erin geslaagd een netwerk van 30 te creëren, 000 verstrengelde lichtpulsen gerangschikt in een tweedimensionaal rooster verdeeld in ruimte en tijd. Het is bijna alsof een groot aantal gekleurde draden samen worden geweven tot een deken met een patroon.

De onderzoekers hebben lichtbundels met speciale kwantummechanische eigenschappen (geperste toestanden) geproduceerd en deze met optische vezelcomponenten aan elkaar geweven om een ​​extreem verstrengelde kwantumtoestand te vormen met een tweedimensionale roosterstructuur, ook wel een clustertoestand genoemd.

"In tegenstelling tot traditionele clusterstaten, we maken gebruik van de temporele vrijheidsgraad om het tweedimensionale verstrengelde rooster van 30.000 lichtpulsen te verkrijgen. De experimentele opzet is eigenlijk verrassend eenvoudig. De meeste inspanningen waren gericht op het ontwikkelen van het idee van de generatie van clusterstaten, " zegt Mikkel Vilsbøll Larsen, de hoofdauteur van het werk.

Het creëren van zo'n uitgebreide mate van kwantumfysische verstrengeling is op zichzelf interessant basisonderzoek. De clusterstatus is ook een potentiële bron voor het maken van een optische kwantumcomputer. Deze benadering is een interessant alternatief voor de meer wijdverbreide supergeleidende technologieën, want alles vindt plaats op kamertemperatuur.

In aanvulling, de lange coherentietijd van het laserlicht kan worden benut, wat betekent dat het zelfs over zeer lange afstanden als een nauwkeurig gedefinieerde lichtgolf wordt gehandhaafd.

Een optische kwantumcomputer zal dus geen dure en geavanceerde koeltechniek nodig hebben. Tegelijkertijd, de informatiedragende, op licht gebaseerde qubits in het laserlicht zullen veel duurzamer zijn dan hun ultrakoude elektronische verwanten die in supergeleiders worden gebruikt.

"Door de verdeling van de gegenereerde clusterstatus in ruimte en tijd, een optische kwantumcomputer kan ook gemakkelijker worden geschaald om honderden qubits te bevatten. Dit maakt het een potentiële kandidaat voor de volgende generatie grotere en krachtigere kwantumcomputers, ", voegt Ulrik Lund Andersen toe.