Credit: MIT
Onderzoekers in China hebben een foton over een afstand van 500 kilometer geteleporteerd. De ‘ontvanger’ was een satelliet die vorig jaar is gelanceerd en die vernoemd is naar de Chinese filosoof en wetenschapper Micius (in het Chinees: Mozi), die leefde van circa 470 tot 391 voor Christus.
De satelliet is een zeer gevoelige fotonontvanger die in staat is om de kwantumstaat te meten van fotonen die vanaf de grond omhoog worden gestuurd. Dit is heel belangrijk, omdat het de wetenschap in staat stelt om de technologische bouwstenen te testen van allerlei kwantum-huzarenstukjes, waaronder verstrengeling, cryptografie en teleportatie.
Afgelopen week heeft het team van Micius de eerste resultaten van de experimenten bekend gemaakt. Het team heeft – voor het eerst – een kwantumnetwerk opgezet tussen een grondstation en een satelliet. Nooit eerder is het meten van kwantumverstrengeling over een grotere afstand gelukt! Vervolgens heeft men dit netwerk gebruikt om een object te teleporteren vanaf het oppervlak van de aarde naar een omloopbaan rond de aarde – yep, dat lees je goed.
Teleportatie wordt momenteel in alle kwantumlaboratoria ter wereld bestudeerd. De techniek is gebaseerd op het merkwaardige fenomeen van verstrengeling. Stel dat twee kwantumobjecten, zoals fotonen, op hetzelfde moment ontstaan op hetzelfde punt in de ruimte en feitelijk samen één entiteit vormen – in technische termen zullen ze “door dezelfde golffunctie beschreven worden”.
Het mooie van verstrengeling is dat het “gedeelde bestaan” blijft voortbestaan als de afstand tussen de twee objecten groter wordt. Het maakt niet uit hoe groot deze afstand wordt: het kan om lichtjaren gaan! Maar zelfs dan kan “spookachtige actie op afstand” plaatsvinden – het meten van het ene deeltje beïnvloed direct de kwantumstaat van het andere deeltje, waar deze zich ook bevindt.
In de jaren ’90 zijn wetenschappers gaan realiseren dat deze connectie gebruikt kan worden om kwantuminformatie te verzenden tussen twee punten in het universum. Het idee is dat alle informatie van het ene foton “gedownload” wordt en vervolgens via een verstrengelde verbinding naar een ander foton wordt verzonden. Hierbij zal het tweede foton de identiteit van de eerste gaan aannemen. In alle opzichten is het tweede foton feitelijk de eerste geworden – dát is nou de aard van kwantum-teleportatie.
Credit: MIT
Teleportatie is de bouwsteen van een heel scala aan technologieën. “Teleportatie over een lange afstand is een fundamenteel element van protocollen zoals grootschalige kwantumnetwerken en distributed quantum computation”, aldus het Chinese team.
In theorie bestaat er geen maximale afstand waarop dit gedaan kan worden. Helaas is verstrengeling een fragiele eigenschap die snel verloren gaat, aangezien de fotonen constant met andere materiedeeltjes zullen interacteren, zowel binnen de dampkring als binnen glasvezelkabels. Dat betekent dat de maximale afstand waarop wetenschappers verstrengeling kunnen meten (of informatie kunnen teleporteren) flink gelimiteerd wordt.
Micius heeft getracht dit probleem te omzeilen, aangezien de satelliet zich bevindt op een hoogte van 500 kilometer. Dat betekent dat fotonen een deel van deze afstand zullen afleggen in een vacuüm. Bovendien heeft men het verzendstation geplaatst op een hoogte van 4000 meter, om zo de hoeveelheid dampkring te minimaliseren. Natuurlijk zullen talloze fotonen alsnog gaan interacteren met materiedeeltjes gedurende hun reis “naar boven”, maar als je maar voldoende fotonen verstuurt zullen er ongetwijfeld een aantal heelhuids arriveren bij Micius – mét de verstrengeling intact!
Om het experiment succesvol te voltooien hebben de Chinezen circa 4000 verstrengelde fotonen per seconde gecreëerd in een laboratorium. Vervolgens heeft men van ieder fotonenpaar één exemplaar naar Micius verzonden, terwijl het andere exemplaar in het lab is achtergebleven. Daarna heeft men de achtergebleven fotonen gemeten om te bevestigen dat kwantumverstrengeling werkelijk heeft plaatsgevonden. Gedurende een periode van 32 dagen heeft men miljoenen fotonen verzonden en 911 keer was het “raak” – men wist een foton met behoud van verstrengeling naar Micius te verzenden om vervolgens de kwantuminformatie van het foton aan de grond te teleporteren naar de satelliet.
Dit indrukwekkende resultaat zal de weg vrijmaken voor ambitieuze nieuwe doelstellingen voor de toekomst – volgens het team is hun onderzoek de eerste stap richting een wereldwijd kwantum-internet! Het laat ook de dominantie van China zien in een vakgebied dat voorheen door het westen werd geleid – de echte Micius zal trots zijn geweest 🙂
Het volledige vak-artikel over het experiment kan hier ingezien worden.
Bron: Technology Review
