kwantverstrengeling

Kwantverstrengeling is een fenomeen in de kwantummechanica waarbij twee of meer deeltjes zo aan elkaar zijn gekoppeld dat de toestand van elk deeltje niet onafhankelijk kan worden beschreven zonder de anderen mee te nemen. De gezamenlijke toestand kan niet worden opgesplitst in de toestanden van afzonderlijke deeltjes, zelfs als ze ver uit elkaar zijn.

Metingen aan de verstrengelde deeltjes leveren correlaties op die niet kunnen worden verklaard door lokale verborgen variabelen. Deze nonlocaliteit wordt ondersteund door Bell-testen, waarbij de waargenomen correlaties kwantummechanisch blijven en geen sneller-dan-licht signaal mogelijk maakt.

Historisch ontstond het begrip in het EPR-werk uit 1935 van Einstein, Podolsky en Rosen; Schrödinger noemde verstrengeling als kernkenmerk van kwantumsystemen.

Verstrengeling ontstaat in vele systemen, bijvoorbeeld door spontane parametrische down-conversie in niet-lineaire kristallen, bij gevangen-ionen, in superconducting qubits, fotonen en ultrakoude atomen.

Toepassingen zijn onder meer quantumteleportatie, superdense coding en entanglement-gebaseerde cryptografie zoals het Ekert-protocol. Verstrengeling dient als bron voor veel quantuminformatietoepassingen en -protocollen.

Kwantificatie en uitdagingen: voor pure toestanden kan entanglement worden gemeten met entanglemententropie; voor gemengde toestanden met maten zoals concurrence of negativiteit. Decoherentie door interactie met de omgeving leidt tot disentanglement; lange-afstandsdistributie vereist technieken als quantum repeaters.

Experimentele vooruitgang: talloze experimenten met fotonen, ionen en superconducting qubits hebben verstrengelde toestanden bevestigd; bepaalde loopholes zoals detectie en locality zijn steeds beter aangepakt, maar sluiten is nog niet overal gelukt.