Stel je voor dat je een verband ziet dat sneller dan het licht lijkt te reizen. Klinkt dit als sciencefiction? Goed nieuws: het gebeurt echt, maar dan op een schaal die zo klein is dat wij het onmogelijk kunnen bevatten. Onderzoekers hebben zojuist de exacte timing van kwantumverstrengeling gemeten, en de resultaten zijn adembenemend.
Dit gaat niet over of verstrengeling bestaat—daar zijn we wel over uit. Het gaat erom hoe het ontstaat, op tijdschalen die letterlijk onzichtbaar zijn. Als je geïnteresseerd bent in de randen van de natuurkunde, is dit het moment om even stil te staan. Wat je hier leest, verandert hoe we die ultrageheime verbinding tussen deeltjes zien.
Waarom we die 'spookachtige actie op afstand' nu pas écht begrijpen
Al decennialang is kwantumverstrengeling een van de vreemdste concepten. Twee deeltjes worden zo verbonden dat ze één geheel vormen, zelfs als ze aan weerszijden van de Melkweg staan. Meet je het ene, dan weet je onmiddellijk iets over het andere.
Prof. Joachim Burgdörfer en zijn team van de TU Wien wilden weten: hoe begint dit? Wanneer wordt die verbinding gesmeed? Het antwoord bleek verscholen te liggen in de attoseconde.
De tijdseenheid die ons dagelijks leven tart
Een attoseconde is een miljardste van een miljardste van een seconde. Om dit te visualiseren: als je een seconde zou uitrekken tot de leeftijd van het universum, dan is een attoseconde nog steeds korter dan het knipperen van je oog.
Om deze momenten te ‘bevriezen’, keken de wetenschappers naar elektronen die door een extreem krachtige laserpuls uit een atoom worden gestoten. Dit proces is cruciaal:
- Eén elektron wordt volledig weggeschoten.
- Een achtergebleven elektron verandert van energieniveau.
In die fractie van een nanoseconde, tijdens het 'wegstromen' van het eerste elektron, ontstaat de verstrengeling.
Het verrassende resultaat: het elektron wist zelf niet wanneer het vertrok
Dit is waar het echt bizar wordt. Het weggeschoten elektron heeft geen vast 'vertrektijdstip'. Het bevindt zich in een superpositie—het is er, maar ook nog niet helemaal weg. Dit is een staat waar wij Nederlanders, gewend aan stiptheid, moeilijk vat bij krijgen.
De onderzoekers vonden een directe link tussen de twee deeltjes:
Het energieniveau van het achtergebleven elektron bepaalt hoe lang geleden het vertrokken elektron is weggegaan. Hogere energie betekent waarschijnlijk een vroeger vertrek. De tijdspanne? Gemiddeld zo’n 232 attoseconden verschil.
Dit is geen schatting; het is een meetbaar verschil dat de blauwdruk van de kwantumverbinding in kaart brengt.
Praktische tip: Verstrengeling bestuderen bij de bron
Waarom is dit belangrijk voor ons, consumenten van technologie? Tot nu toe probeerden wetenschappers verstrengeling te behouden. Nu kunnen we kijken naar de geboorte zelf. Dit opent de deur voor betere kwantumcryptografie.
Hier is een niet-alledaags inzicht dat je mee kunt nemen. Beschouw verstrengeling niet als twee losse munten die tegelijkertijd op kop vallen. Zie het als een golf die uit een emmer stroomt (het weggeschoten elektron). Het proces van uitstromen zelf, de golfbeweging, is het moment van verstrengeling. Je meet niet de eindstand, maar de dynamiek van het verlaten.
Prof. Březinová legt het uit: "Het elektron springt er niet zomaar uit. Het is een golf die uit het atoom stroomt – en dat kost tijd."
Door deze ultragevoelige timing te meten, leren we de kwantumwereld subtieler te manipuleren. Dit is de sleutel tot echt veilige communicatie en krachtigere kwantumcomputers.
De volgende stap voorbij de seconde
Het team werkt al samen met andere laboratoria om deze extreem snelle verstrengelingen daadwerkelijk in experimenten te bewijzen. We staan aan het begin van een tijdperk waarin we de fundamentele wetten van de natuur leren beheersen op hun meest elementaire moment.
Wat vind jij: is het gek dat je de ‘geboorte’ van een deeltjesverbinding kunt vastleggen in een tijd die kleiner is dan het licht kan reizen?
