In een recente studie gepubliceerd in het tijdschrift Nature Physics heeft een team van natuurkundigen onder leiding van Dr. Norbert Schuch van de Universiteit van Wenen experimenteel een verbeterde non-lokaliteit aangetoond, ook wel bekend als 'spookachtige actie op afstand', tussen twee atomaire ionen. Deze observatie biedt nieuwe inzichten in de fundamentele aard van de kwantummechanica en heeft implicaties voor de verwerking en communicatie van kwantuminformatie.

Kwantumverstrengeling is een fenomeen waarbij twee of meer deeltjes zodanig gecorreleerd raken dat hun toestanden met elkaar verbonden zijn, ongeacht de afstand ertussen. Dit niet-klassieke gedrag, voorspeld door de kwantummechanica, tart onze klassieke intuïtie en is het onderwerp geweest van intensief onderzoek en debat.

In hun experiment gebruikten de natuurkundigen een paar ytterbium-ionen gevangen in een optisch rooster. Door de interacties tussen de ionen zorgvuldig te controleren en op maat gemaakte laserpulsen toe te passen, konden ze een specifieke verstrengelde toestand creëren die bekend staat als de 'maximaal verstrengelde Bell-toestand'. In deze toestand zijn de spins van de twee ionen maximaal gecorreleerd, wat betekent dat ze ofwel allebei omhoog of allebei omlaag zijn, met gelijke waarschijnlijkheid.

De onderzoekers maten vervolgens de correlaties tussen de spins van de ionen met behulp van een techniek die quantum state tomography wordt genoemd. Hierdoor konden ze de kwantumtoestand van het systeem reconstrueren en de mate van verstrengeling kwantificeren. De resultaten toonden aan dat de verstrengeling tussen de ionen inderdaad verbeterd was in vergelijking met andere verstrengelde toestanden.

De verbeterde non-lokaliteit die in het experiment wordt waargenomen, komt voort uit de specifieke eigenschappen van de maximaal verstrengelde Bell-toestand. In deze toestand zijn de spins van de ionen perfect gecorreleerd, en elke lokale meting die op het ene ion wordt uitgevoerd, heeft onmiddellijk invloed op het andere, ongeacht de afstand ertussen. Dit gedrag kan niet worden verklaard door de klassieke natuurkunde en benadrukt de unieke kenmerken van de kwantummechanica.

De demonstratie van verbeterde non-lokaliteit in ionenparen heeft verschillende implicaties. Het biedt een dieper inzicht in de fundamentele principes van de kwantummechanica en de aard van verstrengeling. Bovendien zou het praktische toepassingen kunnen hebben in de verwerking en communicatie van kwantuminformatie. De verbeterde verstrengeling tussen de ionen zou bijvoorbeeld kunnen worden benut voor veilige kwantumcommunicatieprotocollen of kwantumteleportatie, waarbij kwantuminformatie wordt overgedragen tussen verre locaties.

De studie vertegenwoordigt een belangrijke mijlpaal op het gebied van de kwantumfysica door experimenteel de verbeterde non-lokaliteit voorspeld door de kwantummechanica te verifiëren. Het opent nieuwe wegen voor het verkennen van de grenzen van kwantumcorrelaties en hun potentiële toepassingen in kwantumtechnologieën.