Verstrengeling is een uniek kwantummechanisch fenomeen waarbij twee deeltjes zodanig met elkaar gecorreleerd raken dat ze hetzelfde lot delen, ongeacht hoe ver ze van elkaar verwijderd zijn. Dit fenomeen is uitgebreid bestudeerd en gebruikt in kwantuminformatieverwerkings- en communicatietechnologieën.

Onlangs hebben natuurkundigen van de Universiteit van Wenen en de Oostenrijkse Academie van Wetenschappen een methode ontwikkeld om de verstrengeling van kwantumlicht te herstellen dat ontward is geraakt door omgevingsgeluid of andere decoherentie-effecten. Deze doorbraak heeft aanzienlijke gevolgen voor kwantumcomputing, kwantumcryptografie en kwantumdetectietoepassingen.

De experimentele opstelling:

De wetenschappers gebruikten een opstelling waarbij een bundel afzonderlijke fotonen (lichtdeeltjes) door een speciaal ontworpen optisch circuit ging. De fotonen waren aanvankelijk verstrengeld, maar door interactie met de omgeving werd hun verstrengeling verstoord.

Het herstelproces:

Om de verstrengeling te herstellen, gebruikten de onderzoekers een techniek genaamd ‘kwantumfeedbackcontrole’. Bij deze aanpak wordt een meting van de polarisatie van het foton (een kwantumeigenschap die verband houdt met zijn oriëntatie) uitgevoerd en worden de resultaten gebruikt om het optische circuit in realtime aan te passen.

Dit feedbackmechanisme maakt de manipulatie van de golffunctie van de fotonen mogelijk, waardoor hun verstrengeling effectief wordt hersteld. De gebruikte techniek is gebaseerd op het principe van kwantumfoutcorrectie, wat essentieel is voor het handhaven van de betrouwbaarheid van kwantuminformatieverwerkingssystemen in de aanwezigheid van ruis en fouten.

Betekenis:

Het vermogen om verstrengeling te herstellen opent nieuwe mogelijkheden voor de verwerking en communicatie van kwantuminformatie. Het vergroot de robuustheid van kwantumsystemen tegen decoherentie-effecten, die bijzonder schadelijk kunnen zijn bij praktische implementaties van kwantumtechnologieën.

Deze doorbraak maakt ook de weg vrij voor het verkennen van fundamentele aspecten van de kwantummechanica, zoals het onderzoek naar kwantum-non-lokaliteit en de precieze karakterisering van de verstrengelingsdynamiek in complexe kwantumsystemen.

Het herstellen van de verstrengeling in ontward kwantumlicht is een belangrijke mijlpaal in de kwantumfysica en vertegenwoordigt een belangrijke stap in de richting van het realiseren van praktische kwantumtechnologieën die veerkrachtig zijn tegen omgevingsgeluid en decoherentie.