Sprekers en samenvattingen

KNAW-symposium Wat is het belang van quantumverstrengeling?

Quantumverstrengeling is een fenomeen uit de quantummechanica waarbij objecten zo met elkaar verbonden zijn dat ze zich als één object gaan gedragen, zelfs als ze ruimtelijk van elkaar gescheiden zijn. Einstein deed het 80 jaar geleden af als een ‘spookachtig effect’ dat eigenlijk niet zou mogen optreden.

Recent hebben onderzoekers niet alleen aangetoond dat deze onzichtbare band tussen ver verwijderde voorwerpen echt bestaat, maar ook dat er praktische toepassingen zijn in de sfeer van informatieverwerking.

Waarom had Einstein bezwaar tegen de theorie? Is quantumverstrengeling alleen iets voor heel kleine deeltjes, of kunnen ook grote objecten verstrengeld raken? Hoe kun je quantumverstrengeling gebruiken om veilig informatie over te seinen? Hoe ver zijn we nog verwijderd van een quantuminternet? Een aantal vragen waarop de sprekers op deze bijeenkomst een antwoord geven.

Beenakker-Carlo-5076Quantumverstrengeling: inleiding en historische achtergrond

Carlo Beenakker, Universiteit Leiden

Het woord ‘verstrengeling’ (‘Verschränkung’ in het Duits, ‘entanglement’ in het Engels) is in 1935 bedacht door Erwin Schrödinger om een bizar quantumfysisch effect aan te duiden dat eerder dat jaar door Albert Einstein en enkele collega's was opgemerkt: er kan een niet-waarneembare (‘spookachtige’, in Einsteins woorden) band bestaan tussen ver-verwijderde voorwerpen zodanig dat een meting aan het ene voorwerp instantaan de toestand van het andere voorwerp beïnvloedt. Dit effect behoorde in de twintigste eeuw tot het domein van de filosofie van de natuurwetenschappen, zonder duidelijke toepassingen. De 21ste eeuw belooft het tijdperk te worden waarin we quantumverstrengeling zullen inzetten voor een technologische revolutie in de informatieverwerking.

Prof. dr. Carlo Beenakker (55) is hoogleraar theoretische natuurkunde aan de Universiteit Leiden, verbonden aan het Instituut-Lorentz. Hij onderzoekt de theorie van de quantumcomputer, in samenwerking met zijn experimentele collega's aan de TU Delft en met steun van een ‘Synergy’ subsidie van de Europese Unie. Beenakker ontving voor zijn werk de NWO-Spinozapremie, de Koninklijke Shell Prijs, de Physicaprijs, en de AkzoNobel Science Award. Hij is lid van de KNAW en van de Koninklijke Hollandsche Maatschappij der Wetenschappen.

De ultieme ‘Bell test’: spooky action over de TU Delft campus

Ronald Hanson, TU Delft

Bell toonde aan in 1964 dat de quantumtheorie niet verenigbaar is met de intuïtieve concepten van lokaliteit (‘wat hier gebeurt kan niet beïnvloed worden door iets dat tegelijk ver weg gebeurt’) samen met realism (‘dingen hebben eigenschappen onafhankelijk van of wij ernaar kijken’). Vele experimenten zijn uitgevoerd die de quantumtheorie gelijk gaven, maar door imperfecties (loopholes) was altijd een lokaal realistische beschrijving mogelijk. Ik zal het experiment beschrijven dat wij in Delft hebben uitgevoerd dat alle loopholes dicht en daarmee definitief lokaal realism uitsluit. De technologie van dit experiment kan de bouwsteen worden van een toekomstig quantuminternet.

Prof. dr. Ronald Hanson (1976) is Antoni van Leeuwenhoek hoogleraar aan de TU Delft en Roadmap Leader in het QuTech instituut. Hij studeerde technische natuurkunde in Groningen, bracht een jaar door in Japan en rondde vervolgens een promotie cum laude af in Delft. Na een postdoc in de Verenigde Staten begon hij zijn eigen groep in Delft (2007), waar hij quantumoptica, quantuminformatica, nanotechnologie en vaste-stoffysica combineert. Zijn werk is onder meer beloond met de QIPC Young Investigator Award (2012), Nicholas Kurti European Science Prize (2012) en de Ammodo KNAW Award (2015). Zijn recente experiment aan verstrengeling werd gekozen in de Top 10 Breakthroughs of the Year door zowel Science als Nature.

Verstrengeling en teleportatie van microscopische en macroscopische voorwerpen

Dirk Bouwmeester, Universiteit Leiden en Universiteit van Californië

Quantumverstrengeling tussen microscopische voorwerpen en toepassingen hiervan zoals quantumgeheimschrift en quantumteleportatie zijn in de afgelopen twintig jaren uitvoerig onderzocht. Na een kort overzicht van deze ontwikkeling zal er in worden gegaan op de vraag of er een rol is voor quantumverstrengeling op macroscopisch niveau.
Deze vraag leidt tot een discussie over hoe ons klassieke wereldbeeld ontstaat uit de onderliggende quantumwereld. Verschillende theoretische standpunten kunnen hierover worden ingenomen en experimenten zullen uiteindelijk moeten uitwijzen welke standpunten realistisch zijn. Een van de experimenten in ontwikkeling aan de universiteit van Leiden en in samenwerking met de Universiteit van Californië, Santa Barbara, zal worden besproken.

Prof. dr. Dirk Bouwmeester (48) is hoogleraar in de natuurkunde aan de Universiteit Leiden en aan de Universiteit van Californië, Santa Barbara. Hij heeft in de laatste jaren van de twintigste eeuw meegewerkt aan de eerste experimentele demonstraties van quantumteleportatie en van quantumverstrengeling van drie en meer fotonen. Vervolgens heeft hij aan de basis gestaan van de ontwikkeling van experimenten voor macroscopische quantumsuperposities. Naast zijn experimentele werk in de quantummechanica werkt hij tevens aan knopen van licht en plasma. Bouwmeester ontving voor zijn werk de EU Descartesprijs en de NWO-Spinozapremie.

De ultieme privacy van de natuur van verstrengeling tot onkraakbare communicatie

Stephanie Wehner, QuTech, Delft University of Technology

Met behulp van quantumtechnologie kunnen we op een volledig veilige manier communiceren, dat wil zeggen ‘veilig’ zoals gewaarborgd op basis van natuurwetten. Met de traditionele vormen van communicatie is dit waarschijnlijk onmogelijk. Maar waarom is een quantuminternet zo veel krachtiger? In deze lezing wordt ingegaan op een aantal fascinerende eigenschappen van quantummechanica en hoe we deze kunnen gebruiken om te voorkomen dat iemand ons afluistert. Tot slot wordt een tipje van de sluier van de toekomst van internet opgelicht – een volledig quantum-internet.

Stephanie Wehner is momenteel universitair hoofddocent bij QuTech van de TU Delft. Zij doet onderzoek naar quantuminformatietheorie en de toepassingen hiervan in de informatica en natuurkunde. Zij is een van de oprichters van de QCRYPT, tegenwoordig de grootste conferentie ter wereld op het gebied van quantumcryptografie. Van 2010 tot en met 2014 was haar onderzoeksgroep ondergebracht bij het Centre for Quantum Technologies van de National University of Singapore, waar zij eerst als Assistant en later als Associate Professor werkte. In Singapore werd zij benoemd tot Dean’s Chair. Voor haar vertrek naar Singapore was Stephanie Wehner postdoc aan het California Institute of Technology bij de onderzoeksgroep van John Preskill. In een vorig leven was zij professioneel hacker in het bedrijfsleven.