Voorwaarts

QUANTUMVERSTRENGELING MAAKT TELEPORTATIE MOGELIJK ‘Beam me up, Scotty‘

De tijd dat wetenschappers lacherig deden over teleportatie is voorbij. Het

fenomeen quantumverstrengeling maakt het mogelijk om informatie die in

deeltjes besloten ligt ongestoord en misschien zelfs sneller dan het licht over

te brengen. Deze quantumteleportatie biedt ongekende mogelijkheden voor

een supersnel en veilig quantuminternet. tekst Fanta Voogd

beeld Paramount

Al in de eerste aflevering van sciencefictionserie Star Trek (The Cage, 1965) laten de bemanningsleden zich vanuit

ruimteschip Enterprise met de transporter naar de planeet Talos IV telepor

teren. De transporter zet materie om in energie, die naar een andere locatie

wordt gestraald. Daar wordt de energie weer omgezet in materie. Reuzehandig.

Gene Roddenberry, het brein achter de televisieserie, bedacht het apparaat

omdat het niet meevalt telkens weer een landing op een andere planeet in

scène te zetten. De transporter maakte het mogelijk om met zevenmijlslaarzen

elke week weer een nieuwe aflevering te maken. In het Star Trek-universum

staat de uitvinding van de transporter ingepland voor het begin van de 22 ste

eeuw.

Bijbel De populariteit van Star Trek en de achteloze vanzelfsprekendheid waarmee men zich liet teleporteren (dat wel blijkt

Technologische voorspellingen uit het verleden zijn soms griezelig accuraat; een andere keer slaan ze de plank op vermakelijke wijze mis. De rubriek Voorwaarts verdiept zich in de geschiedenis van de toekomst. uit de gevleugelde uitspraak van kapitein Kirk: ‘Beam me up, Scotty’), hebben ervoor gezorgd dat de transporter zich stevig heeft genesteld in het collectieve geheugen. Maar het was niet de eerste keer dat de mens droomde van instantverplaatsingen. In de Joodse Talmud, de Arabische vertellingen van Duizenden-een-nacht, maar ook bijvoorbeeld in de Bijbel is sprake van vervoer waarbij het traject van A naar B simpelweg wordt overgeslagen. In het Britse sciencefiction-verhaal The Man Without a Body (1877) beschrijft Edward Page Mitchell hoe een wetenschapper de atomen van een kat demonteert, verzendt over een telegraaflijn en vervolgens weer samenvoegt. Halverwege de poging zichzelf te teleporteren, begeeft de batterij van de telegraaf het, waardoor alleen zijn hoofd op de plaats van bestemming aankomt. Na dit vroegste (fatale) voorbeeld van teleportatie in sciencefiction groeide het transportmiddel uit tot een genrecliché. De achterliggende gedachte was eenvoudig: we kunnen geluiden en beelden over de aarde verzenden, waarom dan geen voorwerpen, katten of mensen. De Britse sciencefiction-schrijver Arthur Clarke (1917-2008) wijdt in zijn futurologische werk Profiles of the Future (1962) een heel hoofdstuk aan ‘het denkbeeld van ogenblikkelijke verplaatsing’. Hij verwerpt de negentiende-eeuwse optie van een ‘materie-zender’. ‘Maar’, stelt hij met zijn kenmerkende optimisme, ‘als wij ons voorstellen dat de ruimte gebogen of gekromd kan zijn (…) ontstaan er interessante mogelijkheden.’ Achter in zijn boek nam Clarke een tijdschema op. De ‘stof-overbrenger’ heeft hij ingeroosterd voor het jaar 2090.

De Amerikaanse futuroloog en theoretisch natuurkundige Michio Kaku (1947) etaleert in zijn boeken hetzelfde onverwoestbare vooruitgangsgeloof als Clarke een halve eeuw eerder. Over teleportatie kon hij in zijn boek Physics of the Impossible (2008) veel concreter zijn dan zijn voorganger, dankzij de belangrijke doorbraken op het vlak van de quantumfysica.

Virus Centraal staat het wonderlijke fenomeen quantumverstrengeling. Twee elektronen die in dezelfde staat zijn gebracht, zijn zo innig met elkaar verweven dat, zodra er iets met het ene elektron gebeurt, op exact datzelfde moment het omgekeerde met zijn verstrengelde broertje zal gebeuren. Ook als zij niet bij elkaar in de buurt

Natuurkundigen hopen de komende jaren complexe moleculen te teleporteren. Daarna zal er binnen een paar decennia misschien een DNAmolecuul of zelfs een virus worden geteleporteerd. De Amerikaanse futuroloog en theoretisch natuurkundige Michio Kaku in zijn boek Physics of the Impossible (2008)

zijn. In theorie zelfs als zij zich op lichtjaren afstand van elkaar bevinden. Quantumverstrengeling heeft de weg geplaveid voor quantumteleportatie: experimenten waarbij informatie wordt overgebracht zonder gebruik te maken van geluid, licht of andere vormen van energie. En mogelijk sneller dan de snelheid van licht.

Michio Kaku voorspelt in zijn boek dat na de succesvolle teleportatie van fotonen, elektronen, atomen en moleculen er binnen een paar decennia mogelijk ook een DNA-molecuul zal ‘Feitelijk zal het nog eeuwen duren voordat alledaagse voorwerpen te teleporteren zijn, als het al mogelijk wordt.’

Natuurwetten De eerste historische demonstratie van quantumteleportatie vond plaats in 1997 aan de Universität Innsbruck. Het betrof de teleportatie van fotonen van ultraviolet licht. Sindsdien wordt er voortdurend vooruitgang geboekt. Een van de leidende onderzoekers op dit gebied is Ronald Hanson (1976), hoogleraar quantumfysica aan de TU Delft.

Steeds verfijndere telecommunicatie maakt teleportatie mogelijk oninteressant

worden geteleporteerd. Of zelfs een primitieve levensvorm als een virus. Het gaat hierbij overigens niet zozeer om het overbrengen van de deeltjes zelf, maar om de exacte informatie die ze bevatten. ‘Er zijn geen principiële belemmeringen voor de teleportatie van een echt persoon, net als in sciencefictionfilms’, stelt Kaku in Physics of the Impossible. Om er voorzichtigheidshalve meteen aan toe te voegen: Hanson deed in 2015 een proef waarin twee elektronen op een afstand van 1,3 kilometer met elkaar verstrengeld waren. In 2018 slaagde hij en zijn team er als eerste in om quantumverstrengeling tussen twee quantumchips sneller te genereren dan dat die verstrengeling verloren gaat. Daarmee is een belangrijke stap genomen naar de verwezenlijking van een quantumnetwerk. Het wereldwijde onderzoek naar quantumteleportatie is gericht op de toekomstige mogelijkheden van een supersnel en veilig quantuminternet. Geen van de onderzoekers zinspeelt op de mogelijkheid van teleportatie van levende wezens en objecten. De gangbare opvatting is dat er voorlopig nog enige natuurwetten van kracht zijn, die dat streven in de weg staan. Maar het aardige is dat zowel de TU Delft als de Koninklijke Nederlandse Akademie van Wetenschappen (KNAW) op hun website nog altijd de hulp van Star Trek inroept om het werk van Hanson te duiden.

Tot slot nog een opmerkelijke overpeinzing van Clarke in Profiles of the Future, veel interessanter dan zijn mager onderbouwde profetie van teleportatie in 2090. Clarke stelde in 1962 dat telecommunicatie eind 21ste eeuw mogelijk zo verfijnd zal zijn dat de mens zijn belangstelling voor teleportatie, of welke vorm van fysiek transport dan ook, verliest. Het zou zomaar kunnen dat hij dáármee de spijker op de kop slaat. Helemaal als de belofte van quantuminternet wordt waargemaakt. Dan kunnen we de landing op planeet Talos IV met een gerust hart aan een robot overlaten. |