Quantumgeest vervoert lichtpuls
Lichtpulsen kunnen nu ook getransplanteerd worden.
De quantummechanica wordt weer een beetje spookachtiger, dankzij een experiment waarin een lichtpuls zich over een kloof laat transporteren in een quantummechanische geestgedaante.
Onderzoekers van het Amerikaanse Harvard begonnen met een inmiddels oude truc in het uiterst hippe vakgebied quantumoptica: het stilzetten van een lichtpuls. Dat kan in een Bose-Einstein-Condensaat (BEC) van natriumatomen. Dat is een ultrakoud wolkje in vacuüm van atomen die zó in de pas lopen dat ze zich gedragen als één groot superatoom. Sinds BEC's in 1995 voor het eerst gemaakt werden, zijn ze favoriet speelgoed van natuurkundigen geworden.
In 1999 liet de Deense natuurkundige Lene Vestergaard Hau zien dat zo'n wolkje een laserlichtpuls kan invangen. Wanneer het wolkje met een hulplaser in een speciale 'donkere toestand' wordt gebracht, vertraagt het de lichtpuls sterk. Als de hulplaser tijdens het passeren uitgezet wordt, blijft de puls er zelfs in steken.
De quantummechanische informatie over de lichtpuls is dan opgeslagen in de atomen van het BEC. Als de hulplaser weer aangaat -eventueel pas milliseconden 
later, een heel lange tijd voor licht- komt dezelfde puls, met dezelfde kleur, lengte en andere eigenschappen, weer tevoorschijn.
Die truc haalde destijds voorpagina's. In Nature laten Hau en collega's nu zien dat de informatie over het licht in het ene BEC-wolkje ongeschonden over kan springen naar een tweede BEC-wolkje, wel 0,16 millimeter verderop.
Eigenaardig bij deze informatie-overdracht is dat er geen atoom of elektron van plaats verwisselt, alleen de informatie zelf, een beetje alsof je de glimlach van Alice in Wonderland's Cheshire cat kunt transporteren naar een andere kat.
De donkere toestand van een BEC bestaat volgens de quantummechanica uit een combinatie, een 'superpositie', van twee componenten. Bij het invangen van de lichtpuls in het eerste wolkje krijgt één van die componenten een zetje, terwijl de andere component niets voelt. Dus gaat de ene component aan de wandel in de vorm van een 'materiegolf'.
Als deze quantumboodschapper in het tweede wolkje terecht komt, en de hulplaser dan weer aangezet wordt, verschijnt uit dat tweede wolkje prompt de oude lichtpuls. Hau en collega's hebben de spookachtige boodschappergolf zelfs onderweg weten te filmen, als een schimmig halvemaantje tussen de twee BEC-wolkjes.
De transplantatie werkt overigens alleen bij twee identieke BEC-wolkjes. En als je de hulplaser op de materiegolf schijnt vóórdat de materiegolf in de tweede wolk terecht komt, of juist nadat hij door het tweede wolkje gepasseerd is, komt er alleen ongericht licht uit, lieten de onderzoekers zien, geen nette puls.
"Het is een heel mooi resultaat, dat laat zien dat BEC's geschikt zijn voor het opslaan en manipuleren van quantuminformatie", zegt Val Zwiller, die onderzoek doet aan quantumtransport aan het Kavli Institute of Nanoscience in Delft. 
Quantuminformatie is de bijzondere quantummechanische vorm van informatie die nu in de natuurkundige belangstelling staat. Het fenomeen speelt de hoofdrol in onbreekbare quantumcryptografie om geheime boodschappen te versleutelen, en in quantumcomputers die bepaalde berekeningen veel sneller kunnen uitvoeren dan gewone computers.
Pagina over BEC's met een mooie applet die het samensmelten van atomen in een BEC illustreert.
Heldere uitleg van wat Bose-Einstein condensaties zijn, wat quantummechanica is, hoe je een atoom vangt en hoe je atomen tot extreem lage temperaturen kan afkoelen
Lees ook: "Aan de grenzen van het licht - Laserpioniers krijgen Nobelprijs", Noorderlicht nieuws, 4 okt 2005
Bruno van Wayenburg
Naomi S. Ginsber, Sean R. Garner, Lene Vestergaard Hau, 'Coherent control of optical information with matter wave dynamics', Nature, 8 februari 2008
Bron: Noorderlicht
