Drie wetenschappers hebben dit jaar gezamenlijk gewonnen Nobelprijs voor natuurkunde Dinsdag voor het bewijzen dat kleine deeltjes een verbinding met elkaar kunnen behouden, zelfs als ze gescheiden zijn, een fenomeen waar ooit aan werd getwijfeld, maar dat nu wordt onderzocht voor mogelijke toepassingen in de echte wereld, zoals het versleutelen van informatie.
Fransman Alain Aspect, Amerikaan John F. Clausule en Oostenrijkse Anton Zeilinger werden door de Koninklijke Zweedse Academie van Wetenschappen aangehaald voor experimenten die bewijzen dat het “totaal gekke” veld van kwantumverstrengelingen maar al te reëel is. Ze toonden aan dat onzichtbare deeltjes, zoals fotonen, met elkaar verbonden of ‘verstrengeld’ kunnen worden, zelfs als ze over grote afstanden van elkaar gescheiden zijn.
Kwantumcomputing is een nog grotere bedreiging dan kunstmatige intelligentie – en hier is waarom
Het gaat allemaal terug naar een kenmerk van het universum dat zelfs Albert Einstein verbijsterde en dat materie en licht op een verwarde, chaotische manier met elkaar verbindt.
Stukjes informatie of materie die vroeger naast elkaar lagen, ook al zijn ze nu gescheiden, hebben een verbinding of relatie – iets dat mogelijk kan helpen informatie te versleutelen of zelfs te teleporteren. Een Chinese satelliet demonstreert dit nu en potentieel razendsnelle kwantumcomputers, die zich nog in het kleine en niet echt bruikbare stadium bevinden, vertrouwen ook op deze verstrengeling. Anderen hopen het zelfs te gebruiken in supergeleidend materiaal.
IBM onthult roadmap voor ontwikkeling van quantum-aangedreven supercomputers
‘Het is zo raar’, zei Aspect over verstrikking in een telefoongesprek met het Nobelcomité. "Ik accepteer in mijn mentale beelden iets dat totaal krankzinnig is."
Toch lieten de experimenten van het trio zien dat dit in het echte leven gebeurt.
“Waarom dit gebeurt, ik heb geen flauw idee,” Clausule vertelde The Associated Press tijdens een Zoom-interview waarin hij het officiële telefoontje kreeg van de Zweedse Academie, enkele uren nadat vrienden en media hem op de hoogte hadden gebracht van zijn onderscheiding. “Ik heb geen idee hoe het werkt, maar verstrengeling lijkt heel reëel.”
NCSU-onderzoek kan snellere microchips, kwantumcomputertoepassingen betekenen
Zijn medewinnaars zeiden ook dat ze het hoe en waarom achter dit effect niet kunnen verklaren. Maar elk van hen deed steeds ingewikkelder experimenten die bewijzen dat dit zo is.
Clausule, 79, kreeg zijn prijs voor een experiment uit 1972, in elkaar geflanst met weggegooide apparatuur, dat hielp bij het beslechten van een beroemd debat over de kwantummechanica tussen Einstein en de beroemde natuurkundige Niels Bohr. Einstein beschreef ‘een griezelige actie op afstand’ waarvan hij dacht dat deze uiteindelijk zou worden weerlegd.
‘Ik gokte op Einstein’ Clausule gezegd. “Maar helaas had ik het mis, en Einstein had het mis en Bohr had gelijk.”
Aspect zei dat Einstein technisch misschien ongelijk had, maar veel lof verdient voor het stellen van de juiste vraag die leidde tot experimenten die kwantumverstrengeling aantoonden.
“De meeste mensen zouden aannemen dat de natuur bestaat uit spullen die verspreid zijn over ruimte en tijd”, zegt hij Clausule, die als middelbare scholier in de jaren vijftig een videogame bouwde op een vacuümbuiscomputer. “En dat blijkt niet het geval te zijn.”
Quantum computing-onderzoekers bij Duke observeren ‘omslagpunt’
Wat het werk laat zien is dat “delen van het universum – zelfs die op grote afstand van elkaar – met elkaar verbonden zijn”, zegt natuurkundige N. Peter van Johns Hopkins. Armitage. “Dit is zoiets niet intuïtief en iets dat zo in strijd is met hoe wij vinden dat de wereld ‘zou moeten’ zijn.”
Dit moeilijk te begrijpen vakgebied begon met gedachte-experimenten. Maar wat in zekere zin filosofische overpeinzingen over het universum zijn, biedt ook hoop op veiligere en snellere computers, allemaal gebaseerd op verstrengelde fotonen en materie die nog steeds met elkaar interacteren, hoe ver weg ze ook zijn.
“Bij mijn eerste experimenten kreeg ik wel eens de vraag van de pers waar ze goed voor waren”, Zeilinger, 77, vertelde verslaggevers in Wenen. “En ik zei trots: ‘Het heeft nergens toe geleid. Ik doe dit puur uit nieuwsgierigheid.’”
Quantum computing, halfgeleiders kunnen profiteren van nieuw 'doping' NCSU-onderzoek
Bij kwantumverstrengeling stelt het vaststellen van gemeenschappelijke informatie tussen twee fotonen die niet dicht bij elkaar liggen “ons in staat dingen te doen als geheime communicatie, op manieren die voorheen niet mogelijk waren”, aldus David. Haviland, voorzitter van het Nobelcomité voor Natuurkunde.
Kwantuminformatie “heeft brede en potentiële implicaties op gebieden als veilige informatieoverdracht, kwantumcomputers en sensortechnologie”, zegt Eva. olsson, een lid van het Nobelcomité. “De voorspellingen hebben deuren geopend naar een andere wereld, en het heeft ook de fundamenten van de manier waarop we metingen interpreteren geschokt.”
Het soort veilige communicatie dat door China wordt gebruikt Micius satelliet – en ook door sommige banken – is een ‘succesverhaal van kwantumverstrengeling’ Harun Siljak van Trinity College Dublin. Door één verstrengeld deeltje te gebruiken om een encryptiesleutel te creëren, zorgt het ervoor dat alleen de persoon met het andere verstrengelde deeltje de boodschap kan decoderen en “het geheim dat tussen deze twee partijen wordt gedeeld een echt geheim is.” Siljak gezegd.
Duke Quantum Center wordt officieel geopend en biedt een blik op de toekomst van computers
Terwijl kwantumverstrengeling ‘ongelooflijk cool’ is, zegt beveiligingstechnoloog Bruce Schneier, die lesgeeft aan Harvard, zei dat het een reeds veilig onderdeel van de informatietechnologie versterkt, waar andere gebieden, waaronder menselijke factoren en software, een groter probleem vormen. Hij vergeleek het met het installeren van een zijdeur met 25 sloten in een verder onveilig huis.
Op een persconferentie zei Aspect dat toepassingen in de echte wereld, zoals de satelliet, ‘fantastisch’ waren.
“Ik denk dat we vooruitgang hebben geboekt in de richting van quantum computing. Ik zou niet zeggen dat we dichtbij zijn”, zei de 75-jarige natuurkundige. “Ik weet niet of ik het in mijn leven zal zien. Maar ik ben een oude man.”
Telefonisch gesproken op een persconferentie na de aankondiging, gebaseerd op de Universiteit van Wenen Zeilinger zei dat hij “nog steeds een beetje geschokt” was toen hij hoorde dat hij de onderscheiding had ontvangen.
Clausule, Aspect en Zeilinger spelen al meer dan tien jaar een rol in de Nobelprijs-speculaties. In 2010 wonnen ze de Wolf Prize in Israël, gezien als een mogelijke voorloper van de Nobelprijs.
Dat heeft het Nobelcomité gezegd Clausule ontwikkelde kwantumtheorieën die voor het eerst in de jaren zestig naar voren werden gebracht in een praktisch experiment. Aspect was in staat een maas in deze theorieën te dichten Zeilinger toonde een fenomeen aan dat kwantumteleportatie wordt genoemd en waarmee informatie effectief over afstanden kan worden verzonden.
Kwantumdoorbraak? Duke, IonQ bedenkt middelen om ‘belangrijke kwantumtechnieken’ te versnellen
“Met behulp van verstrengeling kun je alle informatie die door een object wordt overgedragen, overbrengen naar een andere plaats waar het object als het ware opnieuw wordt samengesteld.” Zeilinger gezegd. Hij voegde eraan toe dat dit alleen werkt voor kleine deeltjes.
“Het is niet zoals in de Star Trek-films (waar je bent) om iets, en zeker niet de persoon, over een bepaalde afstand te vervoeren”, zei hij.
Een week van aankondigingen van de Nobelprijzen begon maandag met een Zweedse wetenschapper Svante Paabo ontving maandag de onderscheiding in de geneeskunde voor het ontsluiten van de geheimen van het Neanderthaler-DNA dat belangrijke inzichten in ons immuunsysteem opleverde.
Woensdag is scheikunde en donderdag literatuur. De Nobelprijs voor de Vrede wordt vrijdag bekendgemaakt en de prijs voor de economie op 10 oktober.
Aan de prijzen is een geldbedrag van 10 miljoen Zweedse kronen (bijna $900,000) verbonden, die op 10 december worden uitgereikt. Het geld komt uit een legaat dat is nagelaten door de maker van de prijs, de Zweedse dynamietuitvinder Alfred Nobel, die in 1895 stierf.
___
Jordans bericht uit Berlijn, Borenstein uit Kensington, Maryland, en Burakov Vanuit New York. David Toets in Stockholm en Masha Macpherson in Palaiseau, Frankrijk, heeft bijgedragen.
Exec deelt zes voorspellingen voor de quantumcomputerindustrie in 2022
