Verbluffende wetenschap
De kleine wereld heeft dit jaar een aantal behoorlijk grote dingen gedaan. Van vreemde Schrödinger's kattensituaties tot mysteries van water tot onmogelijk lijkende deeltjes die uit het Antarctische ijs omhoogvliegen, deeltjesfysica bewees dat er veel onbekende dingen in het universum zijn die we kunnen verkennen. Hier zijn de 18 meest verbluffende kwantummechanica en verhalen over hoogenergetische deeltjesfysica van 2018.
Quantumgegevens werden dichter dan ooit
Om quantumcomputers te bouwen, zullen wetenschappers eerst moeten uitzoeken hoe ze informatie met quantumobjecten kunnen manipuleren en effectief kunnen opslaan. In 2018 bereikten onderzoekers een mijlpaal in die inspanning door 18 qubits kwantuminformatie in slechts zes fotonen te verpakken, een nieuw record.
De thermometer ging Schrödinger
In onze wereld is temperatuur maar één ding. Als een vriezer koud genoeg is om ijs te maken, moet al het water dat je erin doet, bevriezen. Maar kwantummechanica zorgt ervoor dat objecten in onzekerheid tussen meerdere toestanden kunnen bestaan, in zekere zin meer dan één ding tegelijk zijn, net zoals Schrödinger's kat zowel levend als dood is in zijn gedachte-experiment. En in 2018 leerden we dat dit ook geldt voor temperatuur. Quantumobjecten kunnen vanuit een bepaald oogpunt tegelijkertijd zowel warm als koud zijn.
Licht verloor de tijd uit het oog
De tijd zou in één richting moeten stromen en het pad volgen dat daarvoor door causaliteit is bepaald. Een bowlingbal rolt over een baan en slaat in een speld, zodat de speld valt. De vallende pin zorgt er niet voor dat de bowlingbal over de baan rolt en erin stoot. Maar in het kwantumrijk zijn de dingen vager. Een team van wetenschappers stuurde in 2018 een foton op reis, een die het langs pad A en dan pad B of pad B en vervolgens pad A had moeten nemen. Maar dankzij de loszittende manier waarop kwantumobjecten functioneren, werkte dat foton niet niet het ene pad volgen, maar het andere. Het volgde ze allebei, zonder de moeite te nemen om een bestelling te kiezen.
De kwantumfysica dwong ons het leven opnieuw te evalueren
In theorie zou kwantumfysica moeten werken voor objecten van elke grootte. Maar veel onderzoekers zijn van mening dat het leven misschien te ingewikkeld is om enige zinvolle kwantumeffecten te laten ontstaan. Maar een experiment dat in 2016 werd uitgevoerd, leek te laten zien dat bacteriën op een zeer beperkte, subtiele manier kwantummechanisch met licht interacteren. In 2018 ging een andere groep onderzoekers terug en bekeek dat experiment en ontdekte dat er misschien iets veel diepers en vreemds aan de hand was, waardoor we gedwongen werden het leven en de kwantumwereld opnieuw te evalueren.
Een kleine halter die heel, heel snel ronddraaide
Soms, als je een nieuw speeltje hebt, moet je het uitproberen. Dat is wat wetenschappers dit jaar hebben gedaan met gezamenlijke bollen van silica, 'nanodumbbells' van slechts 0,000012 inch (320 nanometer) lang en ongeveer 0,000007 inch breed (170 nm). Met behulp van lasers schoten ze die halters op tot rotatiesnelheden van 60 miljard wervelingen per minuut.
Water onthulde zijn Jekyll en Hyde
Er is niet echt één soort watermolecuul, zo onthulde een kwantumfysisch experiment dit jaar. In plaats daarvan zijn er twee. Beide bestaan uit twee waterstofatomen die omhoog steken uit één groot zuurstofatoom, H2O. Maar in één soort water, 'ortho-water' genoemd, hebben die waterstofatomen kwantum-'spins 'die in dezelfde richting wijzen. In een ander soort water, 'para-water' genoemd, wijzen die spins in tegengestelde richting.
Einstein kreeg wederom gelijk
Een team van Zwitserse wetenschappers heeft een enorme test uitgevoerd van een van de vreemdste paradoxen in de kwantummechanica, een enorm voorbeeld van het soort gedrag dat Albert Einstein sceptisch 'spookachtige actie op afstand' noemde. Met behulp van een supergekoelde massa van bijna 600 atomen toonden ze aan dat verstrengeling nog steeds werkt, zelfs op zeer grote (kwantummechanisch sprekende) schalen.
20 qubits raakten verstrikt
Qubits zijn de fundamentele informatie-eenheid in quantumcomputers, en om quantumcomputers te laten werken, moet je ze met elkaar verstrikken. In 2018 slaagde een experiment erin om 20 qubits met elkaar te verstrikken en ze met elkaar te laten praten en vervolgens de informatie terug te lezen die ze bevatten. Het resultaat was een soort prototype van kortetermijngeheugen voor een kwantumcomputersysteem.
Quantumradar kwam dichter bij een realiteit
Militaire radar werkt door radiogolven te weerkaatsen op objecten die door de lucht vliegen. Maar in regio's in de buurt van de magnetische noordpool van de aarde kunnen die signalen vervormd raken. En er zijn stealth-vliegtuigen die zijn ontworpen om te voorkomen dat de radargolven terug naar hun bron stuiteren. In 2018 boekte Canada vooruitgang op een kwantumradar die lichtfotonen tegen inkomende vliegtuigen zou laten stuiteren, nadat die fotonen verstrikt waren geraakt met andere fotonen ver weg, op de radarbasis. Het kwantumradarsysteem zou fotonen aan de basis bestuderen om te zien of er met quantumtechnologieën met hun verstrengelde partners werd geknoeid.
Quantum willekeur werd iets democratischer
Willekeurigheid is uiterst belangrijk voor cyberveiligheid. Maar echte willekeur, die fysiek onmogelijk te voorspellen is, is verrassend moeilijk te verkrijgen. Een van de weinige bronnen van willekeur in de wereld is het kwantumrijk, dat voor de meesten van ons ontoegankelijk is. Maar dat veranderde in 2018, toen wetenschappers een online 'baken' voor willekeur maakten - een openbare bron van willekeurige getallenreeksen waar iedereen toegang toe heeft. Ze hebben die bron sindsdien complexer en nuttiger gemaakt en er komen binnenkort meer bronnen van openbare willekeur.
