Beam me up, Scotty

[doctorwho]

Teleportatie van elektronen stap dichterbij
Nederlandse onderzoekers hebben een belangrijke eerste stap gezet naar de teleportatie van elektronen.

De wetenschappers van de TU Delft zijn er in geslaagd om in hun laboratorium (zie foto) twee elektronen op drie meter afstand van elkaar in een zogenoemde kwantummechanisch verstrengelde toestand te brengen.
De twee verstrengelde deeltjes gedragen zich door deze techniek als één, ook als ze ver van elkaar verwijderd zijn.
Het geslaagde experiment is een grote stap op weg naar een kwantumnetwerk, waarin toekomstige kwantumcomputers informatie naar elkaar zouden kunnen versturen door middel van teleportatie. Dat schrijven de Delftse onderzoekers in het wetenschappelijk tijdschrift Nature.
Licht
Hoofdonderzoeker Ronald Hanson en zijn collega’s brachten twee elektronen in verschillende diamanten, op enkele meters afstand van elkaar, in een verstrengelde toestand. De onderzoekers gebruikten lichtdeeltjes om de verstrengeling over te brengen.
Hoewel de spinrichting van elk elektron volgens de kwantummechanica volledig willekeurig is, bleken de spinrichtingen van de twee elektronen tijdens het experiment altijd precies tegengesteld te zijn. Dit bewijst dat de twee elektronen verstrengeld waren en zich als één deeltje gedroegen.
"De afstand van drie meter zou trouwens ook een kilometer kunnen zijn, het maakt niet uit hoe ver je de deeltjes uit elkaar plaatst", verklaart Hanson tegen NU.nl.
Derde deeltje
De volgende stap in het onderzoek is de teleportatie van elektronen. ‘Het is in theorie mogelijk om de toestand van een deeltje over grote afstand te ‘teleporteren’ naar een ander deeltje, door slim gebruik te maken van de verstrengeling”, aldus Hanson. "Je hebt dan nog een derde deeltje nodig dat de informatie bevat die je wilt verzenden via de andere twee deeltjes. Dan kun je pas echt spreken van teleportatie."
Kwantumteleportatie is geen teleportatie zoals in sciencefictionfilms. De materie wordt namelijk niet verplaatst, alleen de toestand ervan.
"Maar aangezien alle elementaire deeltjes exact hetzelfde zijn heeft kwantumteleportatie van één elektron naar een ander elektron hetzelfde effect als het verplaatsen van het elektron", aldus de Hanson.
Hacken
Het versturen van informatie doormiddel van teleportatie zou het op afstand hacken van een verbinding tussen kwantumcomputers onmogelijk maken.
“Bij teleportatie reist de informatie niet door de tussenliggende ruimte, er kan daarom niets worden onderschept”, aldus Hanson. "Je zou dus kunnen zeggen dat je met de techniek een onhackbare verbinding kunt bewerkstelligen." bron nu.nl

[Peter van Velzen]

Naar wat ik weet van verstrengeling, kun je daar echt niets mee teleporteren.
Happy dreams. . . .

[doctorwho]

Naar wat ik weet van verstrengeling, kun je daar echt niets mee teleporteren.
Happy dreams. . . .

Dat zeg je alleen maar om te voorkomen dat je half freethinkerforum op bezoek krijgt

[Samsa]

Naar wat ik weet van verstrengeling, kun je daar echt niets mee teleporteren.
Happy dreams. . . .

In groep 8 kom je hier misschien mee weg.. Als je wil teleporteren pak je een vrachtwagen, of desnoods een trein, vliegtuig, etc.. je mag ook wat licht sturen natuurlijk, of een telegram. Klassiek teleporteren noemen we dat allemaal. Nu hebben we een qubit, of idealiter.. een setje qubits. Nu heb ik die in een of andere computationele toestand gekregen en nu wil mijn collega die hebben... hoe ga ik die qubits daar krijgen? Meten heeft geen zin.. dan klapt hij in een eigentoestand en mijn collega kan toch niet exact die eigentoestand reproduceren in een stochastisch systeem.. maar bovendien heb ik daarmee niet de oorspronkelijke toestand gevonden.. dus ik moet dit nog eindeloos herhalen om een verdeling te krijgen die ik vervolgens met belachelijk veel klassieke bits kan opsturen. Nogmaals, daar heeft hij niet zoveel aan...

Daarvoor is quantum teleportatie dus: om de *toestand* van een systeem te transporteren naar een ander systeem (het oorspronkelijke systeem gaat hierbij verloren).. daarvoor heb je een EPR paar nodig, en wat klassieke bits... Hier maken ze dus EPR paren op grote afstand.. en dat is bijzonder praktisch want EPR paren gebruik je ook in quantumcommunicatie, encryptie, etc.

De kwestie is dus: kan je een klassiek kanaal gebruiken om een quantumtoestand te teleporteren. Daarvoor is dit. Niet om mensen naar de enterprise te sturen dus.

[Peter van Velzen]

Bedankt voor de uitleg. Als ik het goed begrijp heeft men feitelijk een electron verplaatst, dat men tevoren verstrengeld heeft met een ander electron, en weet men nu de spin omdat men die van hett andere electron heeft gemeten.

Ik begrijp dat dit van nut zou zijn bij de ontwikkeling van quantomcompters (niet van teleportatiemachines).

Het feit dat men niet zozeer de quantum-toestand heeft geteleporteerd als wel zijn tegendeel, lijkt me niet zo relevant. Wat ik echter betwijfel is of met wel tevoren weet wat men geteleporteerd heeft.. . . . . ja: het tegendeel, maar het tegendeel waarvan? Daarvoor moet je eerst de andere helft van het paar meten, en als je dat hebt gedaan en de spin bevalt je niet, wat dan?

Grappig genoeg had ik dit probleem vroeger (20-30 jaar geleden) nooit in de gaten en verzon toen zelf een computer met "electronspingegheugen" (in mijn fantasie een buitenaardse vinding) die mij de kleinst mogelijke geheugendrager leek te zijn. Ik ben verbijsterd hoe moeilijk dat eigenlijk is, en nog verbijsterder dat met het probleem toch denkt te kunnen oplossen.

[Samsa]

Bedankt voor de uitleg. Als ik het goed begrijp heeft men feitelijk een electron verplaatst, dat men tevoren verstrengeld heeft met een ander electron, en weet men nu de spin omdat men die van hett andere electron heeft gemeten.

Er is hier geen enkel elektron verplaatst.. twee elektronen zijn verstrengeld m.b.v. fotonen. Verstrengeld wil zeggen: hun gezamelijke toestand is niet meer een simpel product van eigentoestanden. Daardoor zijn de uitkomsten van metingen op de twee afzonderlijk ook 100% gecorreleerd.

Het feit dat men niet zozeer de quantum-toestand heeft geteleporteerd als wel zijn tegendeel, lijkt me niet zo relevant. Wat ik echter betwijfel is of met wel tevoren weet wat men geteleporteerd heeft.. . . . . ja: het tegendeel, maar het tegendeel waarvan? Daarvoor moet je eerst de andere helft van het paar meten, en als je dat hebt gedaan en de spin bevalt je niet, wat dan?

Nee, het is daadwerkelijk een *toestand* die getransporteerd is. Er is geen sprake van een spin die niet 'bevalt'.. als je persé een 1 of een 0 wil versturen moet je dat gewoon klassiek doen. Een quantum-mechanische toestand is een superpositie van eigentoestanden en alleen de uitkomst van een meting is een 1 of een 0, en de kans daarop is afhankelijk van op welk punt het systeem zich bevindt op de Bloch bol. Een toestand sturen of een 1/0 sturen is dus fundamenteel iets anders.. en quantum algoritmes werken dan ook totaal anders dan gewone algoritmes (dus zonder die erbij te pakken kan het inderdaad nogal wazig lijken waarvoor dit nu precies dient).

Grappig genoeg had ik dit probleem vroeger (20-30 jaar geleden) nooit in de gaten en verzon toen zelf een computer met "electronspingegheugen" (in mijn fantasie een buitenaardse vinding) die mij de kleinst mogelijke geheugendrager leek te zijn. Ik ben verbijsterd hoe moeilijk dat eigenlijk is, en nog verbijsterder dat met het probleem toch denkt te kunnen oplossen.

Ach ja.. al deze dingen zijn in principe bedacht in de jaren 30-50.. het idee van een quantum computer is meen ik zelfs van Feynman... het maken daarentegen is natuurlijk de truuk.. al zullen theoretici daar anders over denken..

[Peter van Velzen]

Dus nog iets ingrwikkelders dsn ik al dacht (en het kent dus meer toestanden dan mijn fantasie?)

[pallieter]

Kwantumverstrengeling is een fenomeen uit de kwantummechanica waarbij twee of meer natuurkundige objecten zodanig verbonden zijn, dat het ene object niet meer volledig beschreven kan worden zonder het andere specifiek te noemen - ook al zijn de beide objecten ruimtelijk gescheiden ('non lokaal'). Omdat kwantummechanische deeltjes zich tegelijkertijd in meerdere meetbare toestanden kunnen bevinden, zolang er nog niet gemeten wordt, betekent de verstrengeling dat er een correlatie zal zijn tussen metingen aan de deeltjes. Dit doet denken aan de klassieke "gemeenschappelijke oorzaak"-correlatie die kan bestaan, met dit verschil dat de verstrengeling bij kwantummechanische systemen kan gaan over een superpositie van schijnbaar tegenstrijdige toestanden. Dit verband gaat dus verder dan in de klassieke natuurkunde mogelijk is.

Komt er eigenlijk op neer dat je twee of meer deeltjes die verstrengelt zijn dingen kan laten doen die niet mogelijk zijn.

Mogelijke verklaring kan zijn dat op deeltjesniveau ruimtetijd niet bestaat maar enkel steeds opnieuw een nieuwe toestand. Einstein zelf wilde nog liever timmerman zijn dan toe te geven dat het mogelijk was. Heeft natuurlijk ook wel te maken met het feit dat vestrengelde deeltjes zich niets aantrekken van de lichtsnelheid en dus sneller communiceren dan de afstand tussen hen zou toelaten. Hoewel dit ook dan weer niet echt een probleem is.

http://nl.wikipedia.org/wiki/EPR-paradox

Om eerlijk te zijn, dit gaat mijn petje als toegepaste wetenschapper heeeeeel ver te boven. Iets voor theoretische fysici en verstrengelde professoren.

[Samsa]

Dus nog iets ingrwikkelders dsn ik al dacht (en het kent dus meer toestanden dan mijn fantasie?)

Ja.. stel je de 'toestand' voor als een pijl in een 2D vlak met een vaste lengte.. en een meting als een projectie op ofwel de x as, ofwel de y as.... je snapt dat de pijl op elk punt op een cirkel kan liggen en er zijn oneindig veel van die punten.. elk punt is een toestand... wat je uiteindelijk meet is gewoon een 'x' of een 'y'.. de kans dat je een 'x' meet is afhankelijk van de grootte van de projectie op x.. (en die van y op de projectie op y)...

De Bloch-bol is hiermee vergelijkbaar (hij heeft een extra dimensie omdat in QM we complexe getallen gebruiken en je hebt dus per toestand 2 'getallen' die de kans bepalen ipv 1 in mijn voorbeeld hierboven).

Er zijn dus oneindig veel toestanden, maar het belangrijkste is dat je gewoon niet weet in welke je zit.. dus je kan dat ook niet klassiek versturen.

[Samsa]

Om eerlijk te zijn, dit gaat mijn petje als toegepaste wetenschapper heeeeeel ver te boven. Iets voor theoretische fysici en verstrengelde professoren.

Kuch Als experimenteel fysicus maak ik hier toch vaak gebruik van hoor.. Maar ik zal meteen toegeven dat er een tamelijke kloof zit tussen jouw toegepaste werk en wat mijn toegepaste werk is.. (ik heb met veel plezier je verhalen daarover gelezen namelijk.. en dan heb ik toch wat last van afgunst soms... zouden ze ook omscholingstrajecten voor verstrengelde phd's hebben? )

[pallieter]

Hoe een mens soms varen kan...

Ben gelukkig als student zelden naar de les geweest en zelfstudie is dan ook de enige vorm van studie die ik ken. Hoewel eerlijk niet altijd met het beoogde resultaat.

Nadeel is wel dat je geen echt nieuwe zaken kan forceren of echt nieuw onderzoek kan doen. Het blijft bij combineren van bestaande technologieën of het optimaliseren ervan. En ik zou zo graag een nieuwe fuel cell ontwikkelen. (moest ik een paar miljard hebben)

[Samsa]

Hoe een mens soms varen kan...

Ben gelukkig als student zelden naar de les geweest en zelfstudie is dan ook de enige vorm van studie die ik ken. Hoewel eerlijk niet altijd met het beoogde resultaat.

Nadeel is wel dat je geen echt nieuwe zaken kan forceren of echt nieuw onderzoek kan doen. Het blijft bij combineren van bestaande technologieën of het optimaliseren ervan. En ik zou zo graag een nieuwe fuel cell ontwikkelen. (moest ik een paar miljard hebben)

Helaas is dat eerste niet meer mogelijk tegenwoordig.. de universiteit is omgebouwd tot een soort middelbare school.. Uiteindelijk komt alles op zelfstudie aan en goed luisteren naar/afkijken bij/discussieren met anderen.. toch?

Wat voor nieuwe zaken zou je willen forceren?

[pallieter]

Een van de zaken die ik in belgië waanzin vindt is de wijze waarop we hitte verspillen. We gooien meer dan het gros van de warmte die we produceren in de lucht terwijl we via warmtenetten er huizen mee kunnen verwarmen en elektriciteit mee kunnen maken via ORC op grote schaal of stirling motor voor thuis. In Belgie koppelen we momenteel de regenwaterafvoer en de vuilwaterafvoer af van elkaar, plaats een warmte leiding in de riool erbij en je hebt een warmtenet. Erger nog, vaak moet de industrie nog enorm veel energie verbruiken om te koelen. Nee, we plaatsen zonnepanelen op ons dak in godbeter steeds bewolkt België! Aan 450 Euro de megawatt uur!! Ok dat verhaal is ook gedaan, en daarmee de zonnepanelen.

Je kan de markt niet veranderen. Als onderzoeker ben je niet zo geconfronteerd met vastgeroeste gewoontes, extreme domheid, lobby's, corruptie, politiek, ....

[Jinny]

Ik kan geheel met je meekomen, ik verwonder me er ook dagelijks over.....
Over warmte, mijn nieuwe cv heeft een plastic rookgas afvoer......
Voelt als PVC .....
Met de warmteverspilling daar zit het dan wel weer goed denk ik....

[pallieter]

Voor je CV zal dat wel meevallen, voor een raffinaderij al wat minder, zo'n 500 megawatt minder. Het is vooral op industrieel niveau dat we verspillen.