De Nobelprijs voor de natuurkunde gaat dit jaar naar Serge Haroche en David Wineland. Het comité beloonde hen voor hun werk in quantummechanica, dat toekomstige quantumcomputers een stap dichterbij brengt.
Haroche en Wineland ontwierpen methoden om individuele quantumdeeltjes te bekijken zonder ze te verstoren. Een knap staaltje, gezien de meeste wetenschappers dachten dat dit onhaalbaar was. ‘De Nobelwinnaars hebben de deur naar een nieuwe fase van quantumexperimenten opengezet’, aldus het Nobelcomité.
Voor minuscule deeltjes, zoals elektronen, gelden de regels van de quantummechanica. Daardoor gedragen individuele deeltjes zich anders dan een stuk materie dat uit talloze deeltjes bestaat. Ze kunnen bijvoorbeeld op verschillende plekken tegelijkertijd zijn. Wetenschappers willen deze vreemde eigenschappen maar al te graag bestuderen, maar het bleek moeilijk dit in het lab voor elkaar te krijgen. Zodra een deeltje in aanraking komt met de buitenwereld, verliest het direct zijn quantumeigenschappen. Haroche en Wineland wisten dit struikelblok met hun experimenten te omzeilen.
Deeltjesfysicus Dylan van Arneman: ‘Ik ben op zoek naar iets wat misschien niet bestaat’
Dylan van Arneman verruilt een paar keer per jaar zijn werkkamer op het Science Park in de Watergraafsmeer voor de ondergrond ...
Superpositie
Wineland hield elektrisch geladen deeltjes, genaamd ionen, met elektrische velden op hun plek. Vervolgens bracht hij zo’n ion met een laserpuls in superpositie. Dit is een quantummechanisch effect waarbij één deeltje zich in twee toestanden tegelijk bevindt. Zo kon hij bijvoorbeeld een deeltje met twee verschillende energietoestanden bestuderen.
Het experiment van Haroche had een andere opzet. Hij ‘ving’ lichtdeeltjes door ze tussen twee spiegels te brengen. Vervolgens stuurde hij een atoom door deze ruimte. Wanneer het atoom een interactie aanging met een lichtdeeltje, veranderde de fase van het atoom. Deze fase is voor te stellen wanneer je het atoom als een golfverschijnsel beschouwt. Het lichtdeeltje veroorzaakte veranderingen in de pieken en dalen van de golf. Haroche legde deze veranderingen vast en wist zo te achterhalen of het atoom fotonen was tegengekomen.
Voor Haroche kwam de prijs als een verrassing. ‘Ik herkende de Zweedse telefooncode en moest even gaan zitten’, meldde hij in een telefonische reactie tijdens de persconferentie van de Nobel-organisatie, ‘het is erg overweldigend.’
Pioniers
Michel de Dood, die deel uitmaakt van de quantumopticagroep van de Universiteit Leiden, had niet verwacht dat de prijs naar zijn vakgebied ging. ‘Quantumoptica is al eerder beloond met een Nobelprijs. Ook toen ging het om werk met atomen, dus verwachtte ik niet dat zulk onderzoek opnieuw zou winnen. Hoewel Haroche en Wineland natuurlijk wel pioniers zijn.’
Het werk van Haroche en Wineland brengt de ontwikkeling van toekomstige quantumcomputers weer wat dichterbij. Dat is niet direct een huiskamertoepassing, zegt De Dood, ‘zo’n computer kan bij een probleem verschillende oplossingen tegelijk proberen. Dat is bijvoorbeeld handig bij het ontbinden van een getal in priemfactoren, omdat verschillende priemgetallen tegelijkertijd kunnen worden geprobeerd. Zulke technieken zijn niet direct nodig bij bijvoorbeeld het versturen van een mailtje’, relativeert de onderzoeker.
