In de jaren dertig keerde de eerbiedwaardige theoretisch natuurkundige Albert Einstein terug naar het gebied van de kwantummechanica, die zijn relativiteitstheorieën hielpen creëren. In de hoop een completere theorie te ontwikkelen over hoe deeltjes zich gedragen, was Einstein in plaats daarvan geschokt door het vooruitzicht van kwantumverstrengeling - iets dat hij beschreef als 'spookachtige actie op afstand'.
Ondanks Einsteins twijfels is quantumverstrengeling een geaccepteerd onderdeel geworden van de kwantummechanica. En nu, voor het eerst ooit, nam een team van natuurkundigen van de Universiteit van Glasgow een beeld van een vorm van kwantumverstrengeling (ook bekend als Bell-verstrengeling) aan het werk. Daarbij slaagden ze erin het eerste stuk visueel bewijs vast te leggen van een fenomeen dat zelfs Einstein zelf in de war bracht.
Het artikel dat hun bevindingen beschreef, getiteld "Imaging Bell-type nonlocal behavior", verscheen onlangs in het tijdschrift Wetenschappelijke vooruitgang. De studie werd geleid door Dr. Paul-Antoine Moreau, een Leverhulme Early Career Fellow aan de Universiteit van Glasgow, en omvatte meerdere onderzoekers van de Glasgow School of Physics & Astronomy.
Quantumverstrengeling beschrijft het fenomeen waarbij twee deeltjes die met elkaar in wisselwerking staan, verbonden kunnen blijven en hun fysieke toestand onmiddellijk kunnen delen, ongeacht hoe ver ze van elkaar verwijderd zijn. Deze verbinding vormt de kern van de kwantummechanica, hoewel het in strijd is met het concept van lokaal realisme en vele elementen van speciale relativiteitstheorie.
In 1964 breidde Sir John Bell het werk van eerdere theoretici uit door het concept van niet-lokale interactie te formaliseren en een sterke vorm van verstrengeling te beschrijven. Dit zou bekend worden als Bell-verstrengeling, een concept dat wordt ingezet voor meerdere wetenschappelijke toepassingen, zoals quantum computing en cryptografie.
En toch werd het tot nu toe nooit in één afbeelding vastgelegd. Zoals Dr. Moreau zei in een persbericht van de Universiteit van Glasgow:
"Het beeld dat we hebben weten vast te leggen, is een elegante demonstratie van een fundamentele eigenschap van de natuur, die voor het eerst wordt gezien in de vorm van een beeld. Het is een opwindend resultaat dat gebruikt zou kunnen worden om het opkomende veld van quantum computing vooruit te helpen en tot nieuwe vormen van beeldvorming te leiden. "
Omwille van hun studie heeft het onderzoeksteam een systeem bedacht waarbij een stroom verstrengelde foto's wordt afgevuurd vanuit een kwantumbron. Deze stroom gaat dan door een reeks "niet-conventionele objecten", die verwijst naar materialen met vloeibare kristallen die de fase van de fotonen tijdens het passeren veranderen.
De opstelling omvatte ook een supergevoelige camera die afzonderlijke fotonen kon detecteren en er beelden van kon vastleggen. De camera was echter geprogrammeerd om alleen foto's te maken als hij zowel een foton als zijn verstrengelde tweeling zag. Daarbij creëerde het experiment effectief een zichtbaar record van de verstrengeling van twee fotonen.
De resultaten van deze studie openen de deur naar een geheel nieuwe wereld van quantumbeeldvormende technieken die profiteren van Bell-verstrengelingen. Het heeft ook implicaties op het gebied van kwantuminformatie (d.w.z. quantumcomputing en cryptologie)
