Foutvrije datateleportatie gelukt

Trefzeker

Zoals gezegd is teleportatie niet nieuw. Het is al gedaan met lichtdeeltjes en in magneetvelden gevangen atomen. Het probleem van die experimenten was echter dat het principe niet altijd werkte. Slechts een beperkt deel van de teleportatiepogingen slaagden. “Ons systeem is honderd procent trefzeker”, zegt Hanson. “Elke keer als wij een bepaalde spintoestand in het systeem stoppen komt dat er aan de andere kant uit.”

Juist die trefzekerheid maakt dit systeem interessant. Niet alleen wetenschappelijk, maar ook voor toekomstige toepassingen. Zo zou het kunnen dienen voor communicatie in en tussen quantumcomputers, waaraan al jaren wordt gewerkt. Hij zou bepaalde rekenproblemen in een fractie van de klassieke rekentijd kunnen oplossen.

De computer rekent met behulp van deeltjes die in een zogenoemde superpositie verkeren. Dat is eveneens een bijzondere consequentie van de quantummechanica. Deeltjes kunnen namelijk tegelijk links én rechtsom draaien. Dat wordt superpositie genoemd, en juist deze bijzondere ‘quantuminformatie’ wordt ook geteleporteerd. Iets wat via klassieke wegen niet mogelijk is.

Teleportatiemachine van diamant

Voor hun teleportatiemachine gebruikten de wetenschappen twee diamanten, waarin ze elk een elektron wisten te ‘vangen’. Dat lukt op de plek van imperfecties in de diamant. Wanneer er bijvoorbeeld in plaats van een koolstofatoom een stikstofatoom in het kristalrooster zit met daarnaast een missend koolstofatoom dan kan op die plek een elektron worden vastgehouden.

Met lasers wordt vervolgens een korte lichtpuls op de elektronen geschenen. Ze raken geëxciteerd en zenden ieder een foton uit. Deze fotonen vallen vervolgens van beide kanten op een halfdoorzichtige spiegel, waarna ze hun weg vervolgen. Er is dan iets vreemds gebeurd. Het is nu niet meer te achterhalen welk foton van welk elektron afkomstig was. Volgens de wetten van de quantummechanica zijn de elektronen na meting van deze twee fotonen met elkaar verstrengeld geraakt. De teleportatiemachine is op dat moment klaar voor gebruik.

Met microgolven afkomstig van een minuscuul spoeltje konden Hanson en collega’s de spins van elektronen manipuleren, om ze vervolgens te teleporteren. “We hebben zes verschillende toestanden geteleporteerd”, zegt Hanson. “Overigens ontkomen we er niet aan de uitkomsten van de teleportatie te controleren met informatie die over een klassieke glasvezelkabel gaat. De quantuminformatie komt soms als het ware gespiegeld aan en daarvoor moeten we corrigeren. Dit principe voorkomt trouwens ook dat teleportatie sneller gaat dan de lichtsnelheid.”

Loophole-free experiment

Hanson denkt al weer verder. Letterlijk. Hij wil het experiment nu gaan herhalen over een afstand van 1,3 kilometer. “De natuurkundige John Stewart Bell stelde 50 jaar geleden in een artikel een aantal criteria voor een experiment waarin quantumverstrengeling onomstotelijk wordt bewezen”, zegt hij. “Tot nu toe stonden er bij elk experiment nog kleine achterdeurtjes open waardoor de waarnemingen theoretisch aan andere effecten is toe te wijzen. Wij willen als eersten aan álle voorwaarden van Bell voldoen, waaronder een onafhankelijkheid van afstand.”

Voor deze bijzondere test is twee maanden geleden een glasvezelkabel aangelegd op de campus van de TU Delft en momenteel worden de twee labs ingericht. “Het is een extreem moeilijk experiment”, zegt Hanson. “Je moet deeltjes gaan verstrengelen over grote afstand, met licht. Dat is lastig omdat je lichtdeeltjes verliest, zelfs in een snelle glasvezelkabel. Als het al lukt wordt het daarom zeker geen ‘snel’ experiment.”

Hanson laat weten dat onderzoeksgroepen wereldwijd al lang bezig zijn om de ultieme Bell-test uit te voeren. “Het is een kwestie die al lang sleept in de natuurkunde, het wordt nu echt tijd om hier een punt achter te zetten. Wij zijn dichtbij, maar andere onderzoeksgroepen ook, alles komt nu samen. Ik denk echt dat het dit jaar gaat gebeuren.”