Kwantumverstrengeling in de natuurkunde

Kwantumverstrengeling is een van de centrale principes van de kwantumfysica, hoewel het ook zeer verkeerd wordt begrepen. Kort gezegd betekent kwantumverstrengeling dat meerdere deeltjes zodanig aan elkaar zijn gekoppeld dat de meting van de kwantumtoestand van een deeltje de mogelijke kwantumtoestanden van de andere deeltjes bepaalt. Deze verbinding is niet afhankelijk van de locatie van de deeltjes in de ruimte. Zelfs als u verstrengelde deeltjes met miljarden mijlen scheidt, zal het veranderen van het ene deeltje een verandering in het andere veroorzaken. Hoewel kwantumverstrengeling onmiddellijk informatie lijkt over te dragen, schendt het niet echt de klassieke snelheid van het licht omdat er geen "beweging" door de ruimte is.

Het klassieke kwantumverstrengelingsvoorbeeld

Het klassieke voorbeeld van kwantumverstrengeling wordt de EPR-paradox genoemd. Overweeg in een vereenvoudigde versie van dit geval een deeltje met kwantumspin 0 dat in twee nieuwe deeltjes vervalt, Deeltje A en Deeltje B. Deeltje A en Deeltje B gaan in tegengestelde richting weg. Het oorspronkelijke deeltje had echter een kwantumspin van 0. Elk van de nieuwe deeltjes heeft een kwantumspin van 1/2, maar omdat ze bij 0 moeten optellen, is één +1/2 en één is -1/2.

Deze relatie betekent dat de twee deeltjes verstrikt zijn. Wanneer u de spin van deeltje A meet, heeft die meting invloed op de mogelijke resultaten die u kunt krijgen bij het meten van de spin van deeltje B. En dit is niet alleen een interessante theoretische voorspelling, maar is experimenteel geverifieerd door tests van de stelling van Bell.

Een belangrijk ding om te onthouden is dat in de kwantumfysica de oorspronkelijke onzekerheid over de kwantumtoestand van het deeltje niet alleen een gebrek aan kennis is. Een fundamentele eigenschap van de kwantumtheorie is dat voorafgaand aan de handeling van de meting het deeltje echt is heeft niet een definitieve staat, maar bevindt zich in een superpositie van alle mogelijke staten. Dit wordt het best gemodelleerd door het klassieke kwantumfysica-gedachte-experiment, Schroedinger's Cat, waarbij een kwantummechanica-benadering resulteert in een niet-waargenomen kat die tegelijkertijd levend en dood is.

De golffunctie van het universum

Een manier om dingen te interpreteren is om het hele universum als een enkele golffunctie te beschouwen. In deze weergave zou deze "golffunctie van het universum" een term bevatten die de kwantumtoestand van elk deeltje definieert. Het is deze benadering die de deur openlaat voor claims dat "alles is verbonden", dat vaak wordt gemanipuleerd (hetzij opzettelijk of door eerlijke verwarring) om dingen zoals de fysische fouten in Het geheim.

Hoewel deze interpretatie wel betekent dat de kwantumtoestand van elk deeltje in het universum de golffunctie van elk ander deeltje beïnvloedt, doet het dit op een manier die alleen wiskundig is. Er is echt geen soort experiment dat ooit - zelfs in principe - het effect op de ene plaats zou kunnen ontdekken dat op een andere locatie verschijnt.

Praktische toepassingen van kwantumverstrengeling

Hoewel kwantumverstrengeling bizarre sciencefiction lijkt, zijn er al praktische toepassingen van het concept. Het wordt gebruikt voor deep-space communicatie en cryptografie. NASA's Lunar Atmosphere Dust and Environment Explorer (LADEE) demonstreerde bijvoorbeeld hoe kwantumverstrengeling kon worden gebruikt om informatie te uploaden en downloaden tussen het ruimtevaartuig en een op de grond gebaseerde ontvanger.

Uitgegeven door Anne Marie Helmenstine, Ph.D.