Twee deeltjes met elkaar verstrengelen op duizend kilometer afstand leek een onhaalbare droom. Nu is het Chinese onderzoekers toch gelukt, dankzij een vernuftig satellietsysteem. De techniek is nuttig voor onkraakbare communicatie, zodat hackers en spionnen geen kans maken.

De afstand van 1200 km tussen de Chinese steden Nanshan en Lijiang is een absoluut record voor quantumverstrengeling. Tot noch toe lukte het maar over enkele tientallen kilometers. Langere afstanden waren moeilijk, omdat de verstrengelde deeltjes tijdens hun reis teveel kans hadden om 'de weg kwijt te raken' door andere deeltjes in de lucht of door simpelweg de glasvezelkabel uit te vliegen.

De Chinezen bedachten dat de ruimte uitkomst kon bieden. Vanuit een baan rond de aarde bewegen de deeltjes voor lange tijd door een vacuum en is de kans dat er iets misgaat minimaal. Het enige probleem is de atmosfeer, waar wel veel verontreiniging is, maar niet meer dan op land. Bovendien gaan de deeltjes relatief korter door een 'vervuilde' omgeving als ze uit de ruimte komen.

 

Wat is verstrengeling?

Wat is verstrengeling ook alweer? Het is een opmerkelijk natuurkundig (quantummechanisch) fenomeen, waarbij twee elementaire deeltjes (in dit geval fotonen of lichtdeeltjes) die ooit contact hebben gehad elkaar 'kennen', zelfs als ze op grote afstand zijn. Dat betekent dat als iemand de spinrichting van het ene deeltjes uitleest, dat meteen invloed heeft op het andere deeltje - die invloed gaat sneller dan de lichtsnelheid.

Het duurde lang voordat dit fenomeen in het lab aangetoond kon worden. Onderzoekers van de TU Delft waren de eersten die op de campus van de TU onomstotelijk aantoonden dat verstrengeling bestond (lees: 'Verstrengeling van deeltjes bestaat echt'). Sindsdien is het snel gegaan met de techniek; vooral China doet veel onderzoek en breekt record na record.

Bij dit experiment werd in een satelliet een laser afgeschoten op een kristal. De laser ging eerst door een splitser, waarna de twee stralen exact tegelijk op het kristal vielen. Daardoor ontstonden twee gepolariseerde lichtdeeltjes, die met elkaar verstrengeld zijn. De twee deeltjes vlogen vervolgens naar de twee steden toe, waar onderzoekers de toestand van de deeltjes uitlazen. Door dit experiment een aantal keer te herhalen konden ze op een gegeven moment met zekerheid zeggen dat de er sprake was van verstrengeling.

 

 

Hackervrij

Dit resultaat, waarover Science vandaag publiceert, is een vertienvoudiging van de vorige maximumafstand die de Chinese onderzoekers bereikten. Daarmee komt een praktische toepassing van quantumverstrengeling plotseling dichtbij. In theorie is het namelijk een perfect mechanisme voor veilige communicatie; je stuurt je informatie via verstrengelde deeltjes, zodat je meteen merkt als iemand de informatie probeert te onderscheppen. De deeltjes verliezen dan namelijk hun verstrengeling, doordat er een derde partij in het spel komt. Deze quantumcryptografie is ingewikkeld, maar experts zijn het erover eens dat het uitvoerbaar is.

Een 'veilige lijn' tussen twee punten hebben is van onschatbare waarde op het geopolitieke toneel. Denk aan de Enigma-machine uit WO II; het feit dat de Britten die Duitse geheimtaalmachine wisten te kraken bepaalde mede het verloop van de oorlog. Quantumcryptografie lijkt per definitie onkraakbaar, en geeft de Chinezen dus een behoorlijke voorsprong op het wereldwijde geheimtaaltoneel.

Beeld: Science