Verstrengeling is een alomtegenwoordig concept in modern natuurkundig onderzoek:het komt voor bij onderwerpen variërend van kwantumzwaartekracht tot kwantumcomputing. In een publicatie die verscheen in Fysieke beoordelingsbrieven vorige week, UvA-IoP-natuurkundige Michael Walter en zijn medewerker Sepehr Nezami werpen nieuw licht op de eigenschappen van kwantumverstrengeling, in het bijzonder voor gevallen waarbij veel deeltjes betrokken zijn.

In de kwantumwereld fysieke verschijnselen optreden die we nooit waarnemen in onze grootschalige alledaagse wereld. Een van deze fenomenen is kwantumverstrengeling, waar twee of meer kwantumsystemen bepaalde eigenschappen delen op een manier die de metingen aan de systemen beïnvloedt. Het beroemde voorbeeld is dat van twee elektronen die zodanig kunnen worden verstrengeld dat ze, zelfs als ze heel ver uit elkaar worden genomen, in dezelfde richting kunnen draaien, zeg met de klok mee of tegen de klok in, ondanks het feit dat de draairichting van geen van beide afzonderlijke elektronen vooraf kan worden voorspeld.

Verstrengeling van meerdere partijen

Dit voorbeeld is enigszins beperkt:verstrengeling hoeft niet per se tussen twee kwantumsystemen te zijn. Systemen met meerdere deeltjes kunnen ook verstrengeld raken, zelfs op zo'n extreme manier dat als voor een van hen een bepaalde eigenschap wordt waargenomen (denk aan 'weer met de klok mee draaien'), dezelfde eigenschap zal worden waargenomen voor alle andere systemen. Deze meerpartijenverstrengeling staat bekend als een GHZ-staat (naar natuurkundigen Daniel Greenberger, Michael Horne en Anton Zeilinger).

In het algemeen, meerpartijenverstrengeling wordt slecht begrepen, en natuurkundigen hebben niet veel systematisch inzicht in de werking ervan. In een nieuw artikel dat werd gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven deze week, UvA-natuurkundige Michael Walter en zijn medewerker Sepehr Nezami van Caltech beginnen deze leemte op te vullen door theoretisch een rijke klasse van veellichaamstoestanden en hun verstrengelingseigenschappen te onderzoeken. Hiertoe, ze gebruiken een wiskundige techniek die bekend staat als een 'tensornetwerk'. De onderzoekers laten zien dat de geometrische eigenschappen van dit netwerk veel nuttige informatie opleveren over de verstrengelingseigenschappen van de onderzochte staten.

Het meer gedetailleerde begrip van kwantumverstrengeling dat de auteurs verkrijgen, zou veel toekomstige toepassingen kunnen hebben. Het onderzoek was oorspronkelijk gemotiveerd door vragen in de zoektocht naar een beter begrip van de kwantumeigenschappen van zwaartekracht, maar de technische hulpmiddelen die zijn ontwikkeld, zijn ook erg nuttig in de theorie van kwantuminformatie die wordt gebruikt om kwantumcomputers en kwantumsoftware te ontwikkelen.