Verstrengeling is een van de eigenschappen die specifiek zijn voor kwantumdeeltjes. Als twee fotonen verstrengeld raken, bijvoorbeeld, de kwantumtoestand van de eerste zal perfect correleren met de kwantumtoestand van de tweede, ook al staan ​​ze op afstand van elkaar. Maar wat gebeurt er als drie paar verstrengelde fotonen in een netwerk worden geplaatst? Onderzoekers van de Universiteit van Genève (UNIGE), Zwitserland, in samenwerking met Teheran's Institute for Research in Fundamental Sciences (IPM), hebben bewezen dat deze opstelling in theorie een nieuwe vorm van kwantumcorrelatie mogelijk maakt. Toen de wetenschappers twee fotonen van afzonderlijke paren dwongen om verstrengeld te raken, de verbinding is ook gemaakt met hun tweelingfoton die elders in het netwerk aanwezig is, vormen een sterk gecorreleerde driehoek. deze resultaten, gepubliceerd in het tijdschrift Fysieke beoordelingsbrieven , het potentieel creëren voor nieuwe toepassingen in cryptografie.

Bij verstrengeling zijn twee kwantumdeeltjes betrokken:fotonen, bijvoorbeeld - het vormen van een enkel fysiek systeem ondanks de afstand ertussen. Elke actie die op een van de twee fotonen wordt uitgevoerd, heeft een impact op zijn "tweeling" foton. Dit principe van verstrengeling leidt tot kwantum non-lokaliteit:de metingen en statistieken van de waargenomen eigenschappen op een van de fotonen zijn zeer nauw gecorreleerd met die van het andere foton. "Quantum non-localiteit werd theoretisch ontdekt door John Stewart Bell in 1964, " zegt Nicolas Brunner, universitair hoofddocent bij de afdeling Technische Natuurkunde van de Faculteit Wetenschappen van UNIGE. "Dit toonde aan dat fotoncorrelaties uitsluitend kwantum van aard zijn, en kan dus niet worden verklaard door conventionele natuurkunde. Dit principe kan worden gebruikt om ultraveilige encryptiesleutels te genereren."

Maar wat zijn de implicaties van dit principe van kwantum niet-lokaliteit wanneer meerdere paren fotonen in een netwerk worden geplaatst? "Om deze vraag te beantwoorden, we bedachten een experiment met drie paar fotonen die vervolgens werden gescheiden en verspreid naar drie punten, een driehoek vormen, " zegt Marc-Olivier Renou, die tevens onderzoeker is bij de faculteit Technische Natuurkunde. "Bij elk hoekpunt, twee fotonen van een ander paar worden samen verwerkt."

De natuurkundigen dwongen vervolgens de twee fotonen op elk hoekpunt van de driehoek te verstrengelen door ze met elkaar te laten interageren, voordat u ze meet. Ze toonden uiteindelijk aan dat de statistieken die voortkomen uit deze metingen niet kunnen worden verklaard door een lokale fysische theorie. In aanvulling, deze statistieken zijn zo sterk gecorreleerd dat ze een nieuwe vorm van kwantumcorrelaties zouden kunnen vertegenwoordigen. "Het zou een nieuwe versie van de stelling van Bell kunnen worden, specifiek voor kwantumnetwerken, ' zegt Nicolaas.

Deze belangrijke theoretische ontdekking onderstreept de kracht van kwantumcorrelaties in netwerken, die veel verder gaat dan wat onderzoekers oorspronkelijk voor mogelijk hadden gehouden. De volgende stap is om deze verschijnselen in het laboratorium te observeren. "Het wordt geen kinderspel, omdat het uitvoeren van zo'n experiment voorlopig nog erg moeilijk is, " concludeert Nicolas Gisin, een professor in de afdeling Toegepaste Natuurkunde van UNIGE.