Skip to content
Home » Nobelprijs voor natuurkunde toegekend voor doorbraken in de kwantummechanica

Nobelprijs voor natuurkunde toegekend voor doorbraken in de kwantummechanica

    Nobelprijs voor natuurkunde toegekend voor doorbraken in de kwantummechanica

    De Nobelprijs voor natuurkunde in 2022 is toegekend aan drie onderzoekers voor hun baanbrekende experimenten in de kwantuminformatiewetenschap, een ontluikend veld dat een revolutie teweeg kan brengen in computergebruik, cryptografie en de overdracht van informatie via wat bekend staat als ‘kwantumteleportatie’.

    De drie natuurkundigen zijn John F. Clauser, 79, van Walnut Creek, Californië, Alain Aspect, 75, van de Université Paris-Saclay en École Polytechnique in Frankrijk, en Anton Zeilinger, 77, van de Universiteit van Wenen.

    De fysici die dinsdag werden geëerd, hebben experimentele manieren gevonden om te bevestigen wat eerder was getheoretiseerd, waaronder de ‘verstrengeling’ van fotonen (lichtdeeltjes) in een fenomeen dat door Albert Einstein bekend werd als ‘spookachtige actie op afstand’. Zoals de Koninklijke Zweedse Academie van Wetenschappen het dinsdag zei: “Wat er met het ene deeltje in een verstrengeld paar gebeurt, bepaalt wat er met het andere gebeurt, zelfs als ze echt te ver uit elkaar liggen om elkaar te beïnvloeden. De ontwikkeling van experimentele tools door de laureaten heeft de basis gelegd voor een nieuw tijdperk van kwantumtechnologie.”

    Voor Clauser liet de eer lang op zich wachten.

    “Dit is allemaal voor werk dat ik meer dan 50 jaar geleden deed”, zei hij dinsdagochtend duidelijk verwant toen hij bij hem thuis aankwam.

    Als afgestudeerde student aan de Columbia University, waar hij in 1969 promoveerde: “Ik had moeite om de kwantummechanica te begrijpen, maar zonder succes. Ik begreep niet wat ik niet begreep”, zei hij.

    Maar toen kwam hij een paper tegen van de natuurkundige John Bell die suggereerde dat de kwantumtheorie en een rivaliserende reeks theorieën, bekend als ‘verborgen variabelen’, niet met elkaar in overeenstemming waren. Clauser dacht: “Als er een verschil is tussen de twee, moet het toetsbaar zijn.”

    Nadat Clauser naar de University of California in Berkeley was verhuisd, rommelden hij en zijn collega’s in opslagruimten voor voorraden, vonden ze “schroot dat rondhing op de afdeling natuurkunde” en sneden ze metaal in een winkel. “We hadden geen geld om uit te geven, dus moesten we alles zelf opbouwen”, zei hij. Het resultaat was een 30 meter lang apparaat dat fotonen – lichtdeeltjes – in tegengestelde richtingen kon stralen.

    In 1972 rapporteerden Clauser en promovendus Stuart Freedman – die in 2012 stierf – dat hun experiment verstrengeling ontdekte in overeenstemming met voorspellingen van de kwantummechanica, volgens de academie.

    Clauser zei dat hij verrast was door het resultaat, dat in tegenspraak was met Einsteins opvattingen over de kwantummechanica.

    “Einstein nam aan dat de natuur bestaat uit spullen, verspreid over de ruimte, inclusief stukjes informatie en dergelijke. Dat lijkt heel redelijk. En in feite is de algemene relativiteitstheorie daarop gebaseerd. Wat de experimenten laten zien, is dat dat niet waar is’, zei Clauser. “Je kunt geen stukjes informatie lokaliseren in een klein, eindig volume. Dat simpele resultaat heeft dan toepassingen die zich uitstrekken tot kwantumversleuteling en andere vormen van kwantuminformatietheorie.”

    Clauser zei dat hij nog steeds niet was benaderd door functionarissen van de Koninklijke Zweedse Academie van Wetenschappen toen The Washington Post belde, en dat hij de prijs had vernomen van een “fan” die zijn werk door de jaren heen had gevolgd. Een golf van media-interviews volgde. Traditioneel krijgen ontvangers van een Nobelprijs geen bericht vooraf en worden ze vlak voor de bekendmaking telefonisch gecontacteerd.

    Zeilinger kreeg wel een uur voor de aankondiging een telefoontje.

    “Ik ben nog steeds een beetje geschokt”, zei Zeilinger tijdens een persconferentie op de academie.

    Op de vraag van een verslaggever of het over 10.000 jaar mogelijk zal zijn om het eigen lichaam naar een andere plaats te teleporteren, antwoordde hij dat het teleporteren van mensen ‘science fiction’ is.

    Clauser herhaalde dat in zijn interview met The Post: “Ik zou niet in een kwantumteleporter stappen, als er een beschikbaar was.”

    Kwantummechanica is een gebied van de fysica dat meer dan een eeuw teruggaat en heeft toepassingen opgeleverd, waaronder transistors en lasers, die mensen in het dagelijks leven gebruiken. Maar de mogelijke toepassingen van de principes van de kwantummechanica lijken grenzeloos.

    Als doctoraalstudent verbeterde aspect de efficiëntie en helderheid van de eerdere experimenten van Clauser, en Zeilinger verkende vervolgens systemen die meer dan twee verstrengelde deeltjes gebruikten, aldus de academie. De drie nieuwe Nobelprijswinnaars zijn eerder als trio geëerd, nadat ze in 2010 de Israëlische Wolf-prijs voor natuurkunde wonnen.

    Eva Olsson, hoogleraar experimentele natuurkunde en lid van het Nobelcomité voor natuurkunde, zei dinsdag dat kwantuminformatiewetenschap een zich snel ontwikkelend veld is met veel potentiële toepassingen in informatieoverdracht en detectietechnologie.

    “De voorspellingen hebben deuren geopend naar een andere wereld,” zei ze, “en het heeft ook de fundamenten geschud van hoe we metingen interpreteren.”

    De eer die aan de drie natuurkundigen werd verleend, werd geprezen door collega-fysicus Stephen Bartlett van de Universiteit van Sydney, die de hoofdredacteur is van het tijdschrift van de American Physical Society, PRX Quantum.

    De experimenten “brachten de meest opvallende en uitdagende aspecten van de kwantumfysica in beeld”, zei Bartlett in een e-mail. “Ze tonen met name aan dat ‘verstrengelde’ kwantumdeeltjes zich gedragen op een manier die volledig in strijd is met onze opvattingen over hoe onafhankelijke, afzonderlijke objecten zich zouden moeten gedragen.”

    De kwantumtheorie is misschien raar en notoir diepzinnig, maar het is fundamenteel voor de moderne natuurkunde.

    Frances Hellman, voorzitter van de American Physical Society en hoogleraar natuurkunde aan de Universiteit van Californië in Berkeley, zei dat de Nobelprijswinnaars de theorie ondersteunden door middel van rigoureuze experimenten die vroeg in hun carrière werden uitgevoerd. “Dat werk inspireert nu jonge mensen over de hele wereld om te werken aan fundamentele kwantummechanica en haar toepassingen”, zei ze.

    Op de persconferentie in Stockholm, Zeilinger zei: “De prijs zou niet mogelijk zijn zonder meer dan 100 jonge mensen die in de loop der jaren met mij hebben samengewerkt.”

    Thors Hans Hansson, een theoretisch fysicus en ook lid van het Nobelcomité voor Natuurkunde, vertelde verslaggevers dat de baanbrekende experimenten “ons hebben laten zien dat de vreemde wereld van verstrengeling en klokparen niet alleen de microwereld van atomen is, en zeker niet de virtuele wereld van sciencefiction of mystiek, maar het is de echte wereld waarin we allemaal leven.”

    De natuurkundeprijs van de academie roteert meestal door de vele disciplines binnen de uitgestrekte natuurkunde-onderneming, die onderwerpen behandelt die zo gevarieerd zijn als subatomaire deeltjes en de oorsprong van het universum. Vorig jaar stond de prijs in het teken van klimaatverandering. Het ging naar Syukuro Manabe uit de Verenigde Staten en Klaus Hasselmann uit Duitsland voor onderzoek naar menselijke invloed op het klimaat, en Giorgio Parisi, een Italiaanse theoreticus wiens werk fluctuerende systemen op verschillende fysieke schalen beschreef.

    In 2020 stonden zwarte gaten in het middelpunt van de academie, die prijzen toekende aan astrofysici Andrea Ghez uit de Verenigde Staten en Reinhard Genzel uit Duitsland, evenals aan de Britse wiskundig fysicus Roger Penrose.