NWO-onderzoekers bewijzen Einsteins ongelijk met technisch hoogstandje

21 oktober 2015

Een onzichtbare en instantane verbinding tussen elektronen op grote afstand van elkaar: Einstein achtte zo'n verbinding onmogelijk. Hij geloofde niet in 'spooky action at a distance'. Werkgroepleider Ronald Hanson van FOM, dat deel uitmaakt van NWO, en zijn team publiceert deze week in Nature het bewijs dat die spookachtige interactie wel degelijk mogelijk is. Hij kreeg het voor elkaar met elektronen in twee diamanten die meer dan een kilometer uit elkaar lagen. Hanson kreeg in 2007 een Vidi-financiering van NWO.

Prof. dr. ir. Ronald Hanson en eerste auteur ir. Bas Hensen werken aan de meetinstallatie voor de 'Bell test' Beeld: Frank AuperleProf. dr. ir. Ronald Hanson en eerste auteur ir. Bas Hensen werken aan de meetinstallatie voor de 'Bell test' Beeld: Frank Auperle

In 2014 maakte Ronald Hanson van de Technische Universiteit Delft bekend, dat zijn team een opzienbarend quantumexperiment voorbereidde om definitief een einde te maken aan een tachtig jaar oude discussie uit de natuurkunde. De theorie van de quantummechanica voorspelt dat het waarnemen van een object instantaan gevolgen kan hebben voor een ander verderop gelegen object – in theorie zelfs aan de andere kant van de Melkweg. Albert Einstein weigerde dat verschijnsel te accepteren, en labelde het in 1935 'spookachtige interactie op afstand'.

Het team van Hanson heeft nu Einsteins ongelijk aangetoond. Het experiment dat is uitgevoerd, besluit een van de meest intrigerende discussies in de natuurkunde. Daarnaast heeft het een belangrijke toepassing: verstrengeling maakt een vorm van inherent veilige communicatie mogelijk. De baanbrekende resultaten staan in het vakblad Nature van 21 oktober. 

Foto van de Delftse campus, met daarin de locaties van de twee diamanten en het tussengelegen meetstation. Foto: Slagboom en Peters BVFoto van de Delftse campus, met daarin de locaties van de twee diamanten en het tussengelegen meetstation. Foto: Slagboom en Peters BV

1,3 kilometer is ver genoeg

Het experiment laat zien dat verstrengelde elektronen in twee diamanten op grote afstand instantaan op elkaar reageren. Hansons team overbrugde in dit experiment niet de Melkweg, maar wel de Delftse campus. De onderzoekers gebruikten hiervoor twee laboratoria, één in de faculteit Natuurkunde en een in het Reactor Instituut, 1,3 kilometer verderop. Die afstand is groot genoeg om te voorkomen dat er tijdens het experiment interactie is tussen de beide opstellingen.

Promovendus Bas Hensen, eerste auteur van de Naturepublicatie: "Die eventuele uitwisseling van informatie kan nooit sneller gaan dan de snelheid van het licht. De afstand tussen de labs is simpelweg te groot om te overbruggen in de tijd die wij nodig hebben de elektronen te meten." Zo sloten de onderzoekers informatieuitwisseling uit als oorzaak van de instantane reactie van de elektronen.

Achterdeurtjes nu dicht

De interactie tussen elektronen op afstand is al vaker aangetoond, maar in al die experimenten bestond nog de mogelijkheid dat de elektronen door andere oorzaken instantaan reageerden. Deze achterdeurtjes noemen natuurkundigen loopholes. Al in 1964 bedacht de CERN-wetenschapper John Stewart Bell de naar hem vernoemde Bell-test. Dit experiment doet op een slimme manier metingen aan de beide partners van een verstrengeld elektronenpaar en sluit daarbij alle mogelijke achterdeurtjes uit als verklaring.

Een gedeelte van de proefinstallatie met één van de diamanten in een gekoelde microscoop (links in beeld). Beeld: Frank AuperleEen gedeelte van de proefinstallatie met één van de diamanten in een gekoelde microscoop (links in beeld). Beeld: Frank Auperle

De Delftse onderzoekers voldoen met hun experiment aan de strenge eisen van deze Bell-test. Hensen: "Het is de eerste Bell-test vrij van loopholes, en nog steeds zien we dat de onzichtbare en instantane verbinding door verstrengeling er echt is: de spookachtige invloeden zijn er echt."

QuTech

Het onderzoek van Hansons groep is onder meer ondersteund door FOM, STW en NWO. Hansons onderzoeksgroep is onderdeel van quantuminstituut QuTech. Doel van QuTech is het ontwikkelen van quantumtechnologie, zoals inherent veilige quantum-netwerkverbindingen en quantumcomputers.

Meer informatie


Bron: TU Delft