Wetenschapsforum

De Nobelprijs voor de natuurkunde gaat dit jaar naar Serge Haroche en David Wineland. Het comité beloonde hen voor hun werk in kwantummechanica, dat toekomstige kwantumcomputers een stap dichterbij brengt.


Haroche en Wineland ontwierpen methoden om individuele kwantumdeeltjes te bekijken zonder ze te verstoren. Baanbrekend, gezien de meeste wetenschappers dachten dat dit onhaalbaar was. ‘De Nobelwinnaars hebben de deur naar een nieuwe fase van kwantumexperimenten opengezet’, aldus het Nobelcomité.

(Bron: Nobelprize.org)


Voor minuscule deeltjes, zoals elektronen, gelden de regels van de kwantummechanica. Daardoor gedragen individuele deeltjes zich anders dan een stuk materie dat uit talloze deeltjes bestaat. 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 'vreemde' kwantumeigenschappen. Haroche en Wineland wisten dit struikelblok met hun experimenten te omzeilen.


Wineland hield elektrisch geladen deeltjes (meer specifiek ionen) met elektrische velden op hun plaats. Vervolgens kon zo'n individueel ion - dat dus wel kwantumeigenschappen heeft - worden gemanipuleerd en ook bestudeerd. Met een laserpuls kon zo’n ion in superpositie worden gebracht en bestudeerd. Dit is een kwantummechanisch effect waarbij één deeltje zich in twee toestanden tegelijk bevindt.


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. Het vrije atoom had volgens de kwantummechanica ook golfeigenschappen, waaronder een "fase". Wanneer het atoom een interactie aanging met een lichtdeeltje, veranderde de fase van het atoom. Haroche legde deze veranderingen vast en wist zo te achterhalen of het atoom fotonen was tegengekomen.


Het meten en manipuleren van kwantumsystemen is van essentieel belang om een zogenaamde kwantumcomputer te kunnnen ontwikkelen. Dergelijke computers kunnen in principe veel meer berekeningen tegelijk uitvoeren dan conventionele computers.


Verder lezen:

nwtonline

Officiële pagina op Nobelprize.org (met o.m. interviews)

Uitgebreidere uitleg over het onderwerp van Nobelprize.org (PDF)