Cambridge, MA - In een baanbrekende ontdekking heeft een team van natuurkundigen van het Massachusetts Institute of Technology (MIT) het verborgen mechanisme onthuld achter hoe fundamentele deeltjes, zoals elektronen en fotonen, overgaan van hun inherent kwantummechanische toestand naar klassiek gedrag. Dit inzicht heeft diepgaande implicaties voor de vooruitgang van kwantumcomputers, het verbeteren van de nauwkeurigheid van meetinstrumenten en het ontrafelen van de mysteries van de kwantumfysica.

De kwantumwereld, geregeerd door de principes van de kwantummechanica, vertoont vreemde en contra-intuïtieve verschijnselen die onze dagelijkse ervaringen tarten. Daartoe behoort het enigmatische fenomeen dat bekend staat als decoherentie, waarbij kwantumeigenschappen geleidelijk verdwijnen naarmate een deeltje in wisselwerking staat met zijn omgeving. Decennia lang hebben natuurkundigen geworsteld met het begrijpen van de precieze mechanismen die decoherentie aandrijven.

Het MIT-onderzoeksteam, geleid door professor Sarah Williams en postdoctoraal collega dr. David Bennett, voerde geavanceerde experimenten uit met behulp van ultrakoude atomen en precisielasers om de ingewikkelde dans tussen kwantum- en klassiek gedrag te ontwarren. Door de omgeving van atomen minutieus te manipuleren en de kwantumcoherentie met ongekende nauwkeurigheid te meten, hebben de wetenschappers het fundamentele mechanisme blootgelegd dat ten grondslag ligt aan decoherentie.

Hun bevindingen onthullen dat decoherentie voortkomt uit de interacties van de deeltjes met elektromagnetische achtergrondvelden – de alomtegenwoordige golven van elektrische en magnetische energie die de hele ruimte doordringen. Deze velden, die worden gegenereerd door de beweging van geladen deeltjes en de fluctuaties van het kwantumvacuüm, fungeren als kleine ‘verstoringen’ die de delicate kwantumcoherentie van de deeltjes verstoren.

"Onze experimenten leveren het eerste directe bewijs van hoe de kwantumwereld, geregeerd door superpositie en verstrengeling, interageert met en overgaat naar de klassieke wereld", legt professor Sarah Williams uit. "Deze ontdekking opent een nieuw hoofdstuk in onze zoektocht om kwantumeffecten te benutten en de weg vrij te maken voor het realiseren van praktische kwantumtechnologieën."

Het vermogen om decoherentie te controleren en te manipuleren is essentieel voor de realisatie van quantum computing – een potentiële revolutie die een exponentiële versnelling van de rekenkracht belooft. Door de effecten van decoherentie te minimaliseren, kunnen kwantumcomputers complexe berekeningen uitvoeren die momenteel moeilijk te hanteren zijn met klassieke computers. De inzichten uit dit onderzoek bieden een pad naar robuustere kwantumsystemen en verbeterde prestaties van kwantumalgoritmen.

Dr. David Bennett benadrukt:“Deze doorbraak belooft ook verbeteringen in de gevoeligheid van meetinstrumenten, vooral in precisie-atoomklokken en zwaartekrachtgolfdetectoren. Het fundamentele begrip van decoherentie zal ons in staat stellen experimenten te ontwerpen die minder gevoelig zijn voor omgevingsgeluid en meer opleveren. nauwkeurige metingen."

De bevindingen van het onderzoeksteam, gepubliceerd in het prestigieuze tijdschrift Nature Physics, vertegenwoordigen een aanzienlijke sprong voorwaarts in ons begrip van de fundamentele wisselwerking tussen kwantum- en klassiek gedrag. Terwijl natuurkundigen zich blijven verdiepen in de mysteries van decoherentie, kunnen de grenzen tussen het kwantum- en klassieke rijk vervagen, wat nieuwe grenzen in wetenschap en technologie inluidt.