Vriend
04-02-03, 09:02
Onderzoekers zijn erin geslaagd een piepklein stukje informatie te teleporteren van het ene naar het andere laboratorium. U leest het goed: te teleporteren, zoals in Star Trek. Toch hoeven we nog geen science fiction-achtige toestanden te verwachten. Onderzoekers zijn al blij als het ooit lukt om een compleet atoom te teleporteren.
De materiefax
Teleportatie-onderzoek schiet weer twee kilometer op
woensdag 29 januari 2003
De experts zijn er maar gewoon eerlijk over. Wat er bij ‘quantumteleportatie’ precies gebeurt, is een open vraag. Het enige dat telt is dat het kunstje werkt, schrijven I. Marcikic en collega’s deze week in Nature. Waarvan akte: als eerste ter wereld is het Zwitsers-Deense team erin gelaagd een minuscuul stukje informatie – een zogeheten ‘quantum bit’ – door middel van teleportatie over te brengen van het ene naar het andere laboratorium. Langs een twee kilometer lange glasvezelkabel, om precies te zijn.
Dit jaar is het precies tien jaar geleden dat zes onderzoekers van IBM opperden dat het mogelijk is om materie te teleporteren – dat wil zeggen: over te ‘stralen’ van de ene naar de andere plek, zoals in Star Trek. Sindsdien zijn diverse teams erin geslaagd om minieme teleportaties voor elkaar te krijgen. Niet dat ze hun collega’s van de ene naar de andere plek straalden. Bij teleportaties gaat het in de regel om zulke futiele zaken als het verplaatsen van één eigenschap van één onzichtbaar klein subatomair deeltje, over een afstand van enkele centimeters.
Toch: een verbluffend staaltje blijft het. Vijf jaar geleden slaagden onderzoekers van het Californische Instituut voor Technologie (Caltech) er als eerste in een foton, een pakketje lichtenergie, van het ene naar het andere eind van een bureau te teleporteren. Tegenwoordig heeft vooral de Universiteit van Aarhus in Denemarken de wind eronder. Vorig jaar slaagden de Denen erin om twee wolkjes cesium-atomen gereed te maken voor teleportatie. De teleportatie zelf laat misschien nog jaren op zich wachten, maar toch is het onderzoek weer een reuzenstap verder: niet eerder gebruikten onderzoekers bij teleportatie-experimenten zoiets groots en zichtbaars als een wolk met miljarden atomen erin.
En nu is er het experiment met de twee laboratoria. Niet alleen haalde het team een tot de verbeelding sprekende recordafstand van twee kilometer; collega’s zijn vooral onder de indruk van de details van de gebruikte laboratoriumopstelling. “Het ziet er erg goed uit’’, vindt Hans Mooij, hoogleraar technische en toegepaste natuurkunde aan de TU Delft. “Het is weer een mooie stap verder. Al zie ik niet meteen een superdoorbraak vergeleken met eerdere experimenten, de methode die ze hanteren is robuuster.”
Bij quantumteleportatie draait het allemaal om een van de meest verbijsterende eigenschappen van de natuur: het bizarre vermogen van onzichtbaar kleine, subatomaire deeltjes om met elkaar ‘verstrengeld’ (‘entangled’) te raken. Hoe ver je twee deeltjes die eenmaal met elkaar verstrengeld zijn ook van elkaar weghaalt, het ene deeltje zal met het andere verbonden blijven en ogenblikkelijk reageren als er iets gebeurt met zijn partnerdeeltje. ‘Spookachtig’, noemde zelfs Einstein die verbintenis.
Daardoor wordt het onmogelijke mogelijk. Ruw gezegd kunnen twee verstrengelde deeltjes als een soort faxmachine werken. Het ene deeltje noteert hoe een te teleporteren object er precies uitziet, het andere deeltje reageert daarop door het object in kwestie te maken. Teleportatie is wat dat betreft, net als faxen, niet meer dan het kopiëren van informatie van de ene naar de andere plek. Met één belangrijk verschil: bij teleportatie wordt het origineel spontaan gewist, zodat er een blanco vel achterblijft.
Lang werd aangenomen dat de natuurwetten teleportatie verbieden. Een van die wetten schrijft namelijk voor dat het onmogelijk is om van een bepaald deeltje alle eigenschappen tegelijk te meten. Dit zogeheten ‘onzekerheidsprincipe van Heisenberg’ maakt het zodoende onmogelijk om een deeltje precies na te maken – laat staan een complete Captain Kirk.
Verstrengelde deeltjes bieden daarvoor de oplossing. Stel dat iemand een foton wil teleporteren – natuurkundigen noemen de zender gewoonlijk ‘Alice’. Alice neemt één exemplaar van twee verstrengelde deeltjes en voegt daar het foton dat ze wil teleporteren aan toe, ongeveer zoals iemand een te faxen brief in het faxapparaat doet. Het resultaat van de interactie wordt gemeten. Die meting wordt verstuurd op een traditionele manier: per glasvezelkabel, in de meeste laboratoria.
Daarna kan het ontvangen beginnen. Bob, zoals de ontvanger altijd wordt genoemd, neemt zijn eigen exemplaar van het verstrengelde deeltje en voegt daar een foton bij, zoals iemand die een fax verwacht alvast een wit vel papier in zijn faxapparaat stopt. Daarna leest Bob de meetgegevens die Alice hem heeft gestuurd en stemt hij zijn eigen systeempje zó af dat zijn eigen metingen precies overeenkomen met die van Alice. Daarmee is een exacte kopie ontstaan van het te verzenden foton. En terwijl Bob zijn metingen verricht, stort de subtiele kwantumtoestand van het systeem bij Alice in. Alice blijft zitten met een foton dat hetzelfde niet meer is; ze heeft een foton geteleporteerd.
Alsof dat nog niet ingewikkeld genoeg is: het is slechts een versimpelde versie van de praktijk. Het Zwitsers-Deense onderzoeksteam gebruikte een compleet arsenaal aan zeer gespecialiseerde apparatuur om een paar fotonen van het ene naar het andere lab te teleporteren, zoals een zeer snel flitsende stroboscooplaser en diverse geavanceerde detectoren en klokken.
De onderzoekers hopen dat de experimenten op een dag uitmonden in ultrasnelle computerverbindingen en misschien ooit zelfs in de teleportatie van zoiets relatief kolossaals als een molecuul, een klein virus of misschien, ooit, een heuse bacterie. Of de mensheid ooit in staat zal zijn mensen en Klingons heen en weer te teleporteren is zeer de vraag. Captain Kirk en zijn makkers bestaan al snel uit zo’n duizend miljoen miljard moleculen. En het valt niet mee om de ontzaglijke hoeveelheid informatie uit al die moleculen door te faxen naar een andere plek. Eén miniem kopieerfoutje zou al dramatische gevolgen hebben: Captain Kirk zou niet meer dezelfde zijn als de Captain Kirk van vóór de teleportatie. Welke Scotty wil dat op zijn geweten hebben?
Maarten Keulemans
De materiefax
Teleportatie-onderzoek schiet weer twee kilometer op
woensdag 29 januari 2003
De experts zijn er maar gewoon eerlijk over. Wat er bij ‘quantumteleportatie’ precies gebeurt, is een open vraag. Het enige dat telt is dat het kunstje werkt, schrijven I. Marcikic en collega’s deze week in Nature. Waarvan akte: als eerste ter wereld is het Zwitsers-Deense team erin gelaagd een minuscuul stukje informatie – een zogeheten ‘quantum bit’ – door middel van teleportatie over te brengen van het ene naar het andere laboratorium. Langs een twee kilometer lange glasvezelkabel, om precies te zijn.
Dit jaar is het precies tien jaar geleden dat zes onderzoekers van IBM opperden dat het mogelijk is om materie te teleporteren – dat wil zeggen: over te ‘stralen’ van de ene naar de andere plek, zoals in Star Trek. Sindsdien zijn diverse teams erin geslaagd om minieme teleportaties voor elkaar te krijgen. Niet dat ze hun collega’s van de ene naar de andere plek straalden. Bij teleportaties gaat het in de regel om zulke futiele zaken als het verplaatsen van één eigenschap van één onzichtbaar klein subatomair deeltje, over een afstand van enkele centimeters.
Toch: een verbluffend staaltje blijft het. Vijf jaar geleden slaagden onderzoekers van het Californische Instituut voor Technologie (Caltech) er als eerste in een foton, een pakketje lichtenergie, van het ene naar het andere eind van een bureau te teleporteren. Tegenwoordig heeft vooral de Universiteit van Aarhus in Denemarken de wind eronder. Vorig jaar slaagden de Denen erin om twee wolkjes cesium-atomen gereed te maken voor teleportatie. De teleportatie zelf laat misschien nog jaren op zich wachten, maar toch is het onderzoek weer een reuzenstap verder: niet eerder gebruikten onderzoekers bij teleportatie-experimenten zoiets groots en zichtbaars als een wolk met miljarden atomen erin.
En nu is er het experiment met de twee laboratoria. Niet alleen haalde het team een tot de verbeelding sprekende recordafstand van twee kilometer; collega’s zijn vooral onder de indruk van de details van de gebruikte laboratoriumopstelling. “Het ziet er erg goed uit’’, vindt Hans Mooij, hoogleraar technische en toegepaste natuurkunde aan de TU Delft. “Het is weer een mooie stap verder. Al zie ik niet meteen een superdoorbraak vergeleken met eerdere experimenten, de methode die ze hanteren is robuuster.”
Bij quantumteleportatie draait het allemaal om een van de meest verbijsterende eigenschappen van de natuur: het bizarre vermogen van onzichtbaar kleine, subatomaire deeltjes om met elkaar ‘verstrengeld’ (‘entangled’) te raken. Hoe ver je twee deeltjes die eenmaal met elkaar verstrengeld zijn ook van elkaar weghaalt, het ene deeltje zal met het andere verbonden blijven en ogenblikkelijk reageren als er iets gebeurt met zijn partnerdeeltje. ‘Spookachtig’, noemde zelfs Einstein die verbintenis.
Daardoor wordt het onmogelijke mogelijk. Ruw gezegd kunnen twee verstrengelde deeltjes als een soort faxmachine werken. Het ene deeltje noteert hoe een te teleporteren object er precies uitziet, het andere deeltje reageert daarop door het object in kwestie te maken. Teleportatie is wat dat betreft, net als faxen, niet meer dan het kopiëren van informatie van de ene naar de andere plek. Met één belangrijk verschil: bij teleportatie wordt het origineel spontaan gewist, zodat er een blanco vel achterblijft.
Lang werd aangenomen dat de natuurwetten teleportatie verbieden. Een van die wetten schrijft namelijk voor dat het onmogelijk is om van een bepaald deeltje alle eigenschappen tegelijk te meten. Dit zogeheten ‘onzekerheidsprincipe van Heisenberg’ maakt het zodoende onmogelijk om een deeltje precies na te maken – laat staan een complete Captain Kirk.
Verstrengelde deeltjes bieden daarvoor de oplossing. Stel dat iemand een foton wil teleporteren – natuurkundigen noemen de zender gewoonlijk ‘Alice’. Alice neemt één exemplaar van twee verstrengelde deeltjes en voegt daar het foton dat ze wil teleporteren aan toe, ongeveer zoals iemand een te faxen brief in het faxapparaat doet. Het resultaat van de interactie wordt gemeten. Die meting wordt verstuurd op een traditionele manier: per glasvezelkabel, in de meeste laboratoria.
Daarna kan het ontvangen beginnen. Bob, zoals de ontvanger altijd wordt genoemd, neemt zijn eigen exemplaar van het verstrengelde deeltje en voegt daar een foton bij, zoals iemand die een fax verwacht alvast een wit vel papier in zijn faxapparaat stopt. Daarna leest Bob de meetgegevens die Alice hem heeft gestuurd en stemt hij zijn eigen systeempje zó af dat zijn eigen metingen precies overeenkomen met die van Alice. Daarmee is een exacte kopie ontstaan van het te verzenden foton. En terwijl Bob zijn metingen verricht, stort de subtiele kwantumtoestand van het systeem bij Alice in. Alice blijft zitten met een foton dat hetzelfde niet meer is; ze heeft een foton geteleporteerd.
Alsof dat nog niet ingewikkeld genoeg is: het is slechts een versimpelde versie van de praktijk. Het Zwitsers-Deense onderzoeksteam gebruikte een compleet arsenaal aan zeer gespecialiseerde apparatuur om een paar fotonen van het ene naar het andere lab te teleporteren, zoals een zeer snel flitsende stroboscooplaser en diverse geavanceerde detectoren en klokken.
De onderzoekers hopen dat de experimenten op een dag uitmonden in ultrasnelle computerverbindingen en misschien ooit zelfs in de teleportatie van zoiets relatief kolossaals als een molecuul, een klein virus of misschien, ooit, een heuse bacterie. Of de mensheid ooit in staat zal zijn mensen en Klingons heen en weer te teleporteren is zeer de vraag. Captain Kirk en zijn makkers bestaan al snel uit zo’n duizend miljoen miljard moleculen. En het valt niet mee om de ontzaglijke hoeveelheid informatie uit al die moleculen door te faxen naar een andere plek. Eén miniem kopieerfoutje zou al dramatische gevolgen hebben: Captain Kirk zou niet meer dezelfde zijn als de Captain Kirk van vóór de teleportatie. Welke Scotty wil dat op zijn geweten hebben?
Maarten Keulemans