De verstrengeling wordt altijd minder als je van de uitgangstoestand via een tweede weer teruggaat de oorspronkelijke… (afb: UvA)

Soms lijkt het er op of we, natuurkundig bekeken, in twee werelden leven (dan gaat het nog niet eens over dimensies): de macro- en de microwereld. In die eerste ‘heerst’ de klassieke natuurkunde zoals de thermodynamica in die tweede de kwantummechanica. In die laatste wereld bestaat zoiets als verstrengeling, deeltjes of systemen die, onafhankelijk van de afstand, met elkaar ‘verbonden’ zijn. Hebben die werelden (zienswijzen?) met elkaar te maken of zijn ze onderscheiden? We hebben een wet, de tweede, in de thermodynamica die zegt dat, plat gezegd, de chaos alleen maar groter kan worden. Is er dan een tweede wet van de verstrengeling? Nee, zeggen geleerden nu.
“Kwantumverstrengeling is de sleutel naar de kracht van toekomstige kwantumrekentuigen”, zegt Ludovico Lami. “Om die te kunnen gebruiken moeten we leren om daar mee om te gaan.” Een belangrijke vraag is of verstrengeling is om te keren zoiets als de Carnotcyclus, waarbij je warmte omzet in elektrische energie (of eigenlijke arbeid). Die omkeerbaarheid zou er moeten zijn, in theorie dan, zelfs in kwantumsystemen die niet volmaakt gescheiden zijn van hun omgeving.
Er zou een tweede wet van verstrengeling moeten zijn, die over die omkering ‘uitspraken’ zou doen. Dat vermoeden is opgenoemd in een lijst van nog onopgeloste problemen van de kwantuminformatietheorie
Er werd aangenomen dat die ‘verstrengelingswet’ zou kunnen worden vastgesteld en alle protocollen voor verstrengelingsmanipulatie zou beheersen. Dit vermoeden kwam voor in een lijst met openstaande problemen in de kwantuminformatietheorie.

Nee, dus

Lami heeft samen met Bartosz Regula van de universiteit van Tokio dat vermoeden de nek omgedraaid: de verstrengeling is niet omkeerbaar, net zo min als de entropie (chaos dus) van een systeem niet af kan nemen.

Die conclusie is bereikt op basis van een bijzondere kwantumtoestand die moeilijk te verwezenlijken is. Je verliest altijd iets, in dit geval verstrengeling, als je van de ene toestand naar de andere gaat en vervolgens weer naar de oorspronkelijke toestand.
Deze aanpak veronderstelt geen precieze protocollen. Dat zou betekenen, stelt het persbericht, dat omkeerbaarheid van verstrengeling in alle omstandigheden onmogelijk is. Lami: “Verstrengeling manipuleren is zoiets als drank destilleren, waarbij de alcohol op mysterieuze wijze in de drank terechtkomt. We kunnen concluderen dat geen enkele grootheid ons alles kan vertellen wat er te weten valt over toegestane overgangen van een verstrengeld natuurkundig systeem. De verstrengelingstheorie en de thermodynamica worden beheerst door fundamenteel verschillende en onverenigbare wetten”, ( dus toch twee werelden?).

Dat zou betekenen dat de beschrijving van kwantumverstrengeling niet zo eenvoudig is als kwantumonderzoekers dachten (of hoopten), maar elk nadeel schijnt ook zijn voordelen te hebben. Die complexiteit zou kunnen betekenen dat er iets bereikt kan worden dat anders volkomen ondenkbaar zou zijn. Lami: “Wat we nu zeker weten is dat verstrengeling een nog rijkere en ingewikkelder structuur h/verbergt dan tot nu toe aangenomen.”

Bron: Science Daily