De bizarre waarheid van de quantummechanica

Wetenschap leidt soms tot kennis die gevoelsmatig onmogelijk waar kan zijn. Zeker de wereld van de kleinste deeltjes tart het gezonde verstand. Tijdens Kenniscafé Assen vertelt natuurkundige Aletta Meinsma over de bizarre werkelijkheid van de quantummechanica. En over de computer die daar gebruik van maakt.

Snap jij de wereld van de kleinste deeltjes? Nee? Je bevindt je in goed gezelschap. Natuurkundige Richard Feynman zei over de quantummechanica: ‘Als je denkt dat je quantummechanica begrijpt, begrijp je quantummechanica niet.’ In de wereld van de kleinste deeltjes gebeuren namelijk dingen die het menselijk bevattingsvermogen te boven gaan.

Zelfs Albert Einstein, een van de grondleggers van de quantummechanica, wilde de implicaties van zijn eigen theorie niet accepteren. Die bewees dat twee deeltjes met elkaar verstrengeld kunnen zijn. De toestand waarin deze deeltjes zich bevinden is ongewis (superpositie heet dat). Ze zijn 1 en 0 tegelijk. Maar als je van het ene deeltje vaststelt dat het een 0 is, weet je direct de toestand van de andere: bijvoorbeeld 1. Ook als die zich aan het andere einde van het universum bevindt. Het lijkt alsof het ene deeltje een boodschap naar het andere stuurt zonder dat het overbruggen van de afstand tijd kost. Dat bestaat niet, dacht Einstein. Hij deed het af als spookachtige actie op een afstand.

Quantumcomputer

‘Einstein stelde dat er verborgen variabelen in het spel waren die we nog moesten ontdekken,’ zegt natuurkundige Aletta Meinsma. ‘John Bell bedacht in 1964 een experiment waarmee je kunt aantonen dat verstrengeling wel degelijk is hoe de wereld op kleine schaal werkt. In 2015 lukte het Ronald Hanson van de TU Delft als eerste om het experiment ook echt uit te voeren.’

Meinsma studeerde aan QuTech, het instituut waar Hanson en collega’s de quantumcomputer onderzoeken. Deze computer van de toekomst maakt gebruik van de bizarre realiteit van de quantummechanica. Het apparaat kan problemen oplossen waar de huidige computers veel te lang over zouden doen. ‘Eén van de toepassingen waar momenteel onderzoek naar wordt gedaan, is het simuleren van moleculen,’ vertelt Meinsma. ‘Zo kunnen er in de toekomst mogelijk nieuwe medicijnen of vaccins worden gevonden.’

Acceptatie

De komst van de quantumcomputer is niet zonder risico’s. ‘In de handen van criminelen zijn de quantumcomputer en het quantuminternet krachtige nieuwe wapens,’ zegt Meinsma. Doordat ze talloze berekeningen tegelijk kunnen uitvoeren is het kraken van de huidige computerwachtwoorden een peulenschil voor de quantumcomputer. Tegelijk zijn boodschappen die worden verstuurd via het quantuminternet onmogelijk te onderscheppen. Wanneer criminelen over het quantuminternet beschikken is het meeluisteren door de politie verleden tijd.

Quantumcomputers bestaan al (je kunt er zelfs al mee rekenen). Ze zijn alleen nog niet zo krachtig dat za al nuttige berekeningen uit kunnen voeren. Dat dit gaat gebeuren lijkt een kwestie van tijd. Hoe de communicatie werkt met het brede publiek is waar Meinsma nu onderzoek naar doet als promovendus aan de Universiteit Leiden. ‘Ik ben benieuwd wat het frame spooky action at a distance voor gevolgen heeft voor de acceptatie van de techniek,’ zegt ze. ‘De komst van nieuwe technieken als kernenergie, nano- en biotechnologie leidt geregeld tot protesten. Dat kan mogelijk ook gebeuren bij de komst van de quantumcomputer doordat het spookachtige ervan steeds benadrukt wordt.’

Zit jij te wachten op de quantumcomputer? Wil jij weten hoe verstrengeling en superpositie werken? Kom naar Kenniscafé Assen en ga erover in gesprek met Aletta Meinsma.