De twee aluminiummembraantjes (afb: Lecoq en Kotler/NIST)

Het blijkt dat dat rare kwantumverschijnsel verstrengeling ook van toepassing is op ‘macroscopische’ voorwerpen. Onderzoekers bleken in staat twee aluminium-membraantjes te verstrengelen. Ook blijkt het mogelijk te bepalen  of twee macroscopische voorwerpen verstrengeld zijn geraakt.
De twee verstrengelde deeltjes hebben eigenschappen die voorspelbaar zijn voor het tweede deeltje als je die van het eerst w-/meet. Verstrengeling is al geconstateerd bij subatomaire deeltjes als elektronen, maar geen natuurkundige wet ‘verbiedt’ verstrengeling bij grotere entiteiten. Bij veel grotere, zoals een kat of een mens, zouden de kwantumeffecten onmeetbaar klein zijn.
Natuurkundigen hebben eindeloos gedelibereerd of dat nu komt door de tekortkomingen van onze zintuigen en/of meetmethodes of doordat de macroscopische wereld wordt geregeerd door wetten die fundamenteel afwijken van die in de kwantummechanica. Nu zijn onderzoekers dus bezig geweest die grenzen wat op te rekken. “Wij vroegen ons af of er kwantum(mechanica; as) is in de klassieke (= macroscopische; as) wereld”, zegt natuurkundige Mika Sillanpää van de universiteit van Aalto (Fin).
Een experiment is uitgevoerd bij het Amerikaanse norminstituut (NIST) in Boulder door Shlomi Kotler en medeonderzoekers. Ze bouwden een paar trillende aluminiummembranen, een soort trommeltjes, van ongeveer 10 µm. Die zijn met het blote oog nauwelijks zichtbaar, maar voor kwantumbegrippen geweldig groot. De onderzoekers ’treiterden’ de membraantjes met microgolven om ze gesynchroniseerd te laten trillen. Dat verstrengelde het tweetal.

Platenspeler

Twee andere onderzoeksgroepen hebben eerder al proeven gedaan met ‘macroscopische’ voorwerpen, waarbij het vermoeden van verstrengeling bestond, maar Kotler et.al. namen die verstrengeling directer waar door het signaal te versterken op het moment dat het van de membraantjes kwam. Volgens Kotler lijkt dat op wat er in oude platenspelers gebeurt als het signaal wordt voorversterkt voor het signaal naar de versterker gaat (bedoeld om de ruis te verminderen).
Zulke stappen zouden wezenlijk (kunnen?) zijn voor kwantumcomputers om iets met informatie te kunnen doen. Zo heeft Amazon onlangs aangekondigd onderzoek te gaan doen naar vibrerende kristallen om toe te passen in kwantumrekenen.

In een afzonderlijk experiment met de membraantjes, geleid door de Fin, werden de grenzen van het onzekerheidsprincipe van Heissenberg ‘opgezocht’ (en opgerekt?). Dat principe stelt dat bepaalde paren grootheden niet allebei exact te bepalen zijn.
Ook Sillanpalää en zijn medeonderzoekers bouwden twee aluminiummembranen en gebruikten microgolven om die aan het trillen te krijgen. Ze keken echter niet, zoals Kotler c.s. naar de verstrengeling, maar zochten de grens op waar de kwantummechanica ophoudt en de klassieke wereld begint.
Ze stemden de trillingen van de membranen op elkaar af op een gecoördineerde maar niet op eenzelfde wijze. Daardoor waren bepaalde meetbare eigenschappen identiek aan die van een enkel, virtueel, trillend membraan (???; as). Op die manier konden de onderzoekers de positie van het virtuele membraan meten zonder zijn snelheid te beïnvloeden.
Voor een normale kwantumoscillator is dat onmogelijk (die onzekerheidsrelatie ‘verbiedt’ dat). Om die fundamentele grens te omzeilen gebruikten de onderzoekers kwantummechanica om kwantummechanica te ‘kraken’, zegt theoretisch natuurkundige Hoi-Kwan Lau van de Simon Fraser-universiteit in Canada.
Net als bij Kotlers proeven zagen de onderzoekers dat de membranen verstrengeld waren. Hun meettechniek zou mogelijkheden openen om te bekijken hoe verstrengeling bij grote voorwerpen spontaan ontstaat. “We kunnen de verstrengeling meten zonder die te verstoren”, zegt medeonderzoeker Mercier de Lépinay.

Die ontdekking zou tot toepassingen kunnen leiden. Lau: “Dat kan bijvoorbeeld een krachtsensor zijn.” Die zou, afhankelijk van hoe die in elkaar is gestoken verschillende krachten kunnen meten zoals magneetkracht of zwaartekracht.

Bron: Nature