Interferentie-effect verraadt spion bij geheime berichten

Als de quantummechanica klopt, dan is de wereld gek, zei Einstein ooit. Maar helaas voor hem wordt keer op keer aangetoond hoe gek de wereld wel niet is. Onlangs lieten onderzoekers van het Weizmann Instituut in Israel nog eens zien wat voor invloed een waarnemer kan uitoefenen op het resultaat van een meting (Nature, 26 februari). Zij voerden een versie van het zogenoemde dubbele-spleetexperiment van Young uit met behulp van elektronen.

Dat experiment bevatte volgens een andere grote natuurkundige, Richard Feynman, het hele mysterie van de quantummechanica. Lichtgolven die via twee dunne spleten op een scherm vallen, veroorzaken daarachter een interferentiepatroon van lichte en donkere strepen. Nu is licht ook op te vatten als een stroom deeltjes, fotonen. Je zou dus kunnen zeggen dat elk foton door beide spleten tegelijk gaat, om op het scherm met zichzelf te interfereren. Dat gebeurt echter alleen als de beide paden niet van elkaar te onderscheiden zijn. Zodra er namelijk een waarnemer achter een van de spleten wordt opgesteld om te kijken door welke spleet het foton passeert verdwijnt de interferentie. Licht wordt zo als het ware gedwongen zich als een deeltje voor te doen en golfgedrag wordt dan verboden.

Nu geldt dit alles niet alleen voor licht, maar voor alle deeltjes waaruit de materie is opgebouwd: ook elektronen hebben een golflengte. Dat wordt echter pas duidelijk op een schaal van minder dan een micrometer. De Israelische onderzoekers stuurden daarom in een minuscule elektronische schakeling een stroom elektronen af op een barrière. In principe kon deze langs twee kanten worden gepasseerd. Analoog aan het spleetexperiment gaf dat aanleiding tot een interferentieverschijnsel, de zogeheten Aharonov-Bohm-oscillaties. Langs een van de twee paden was echter een detector geplaatst, waarmee het passeren van elektronen kon worden vastgelegd. Het grappige was nu dat de gezichtsscherpte van deze detector via een truc kon worden gevarieerd. En hoe beter de elektronen konden worden waargenomen, des te meer bleek het interferentiepatroon te verdwijnen.

Dat een simpele waarneming zo'n diepgaande invloed kan uitoefenen komt mooi van pas bij het versturen van geheime berichten. Als dat immers op een soortgelijke manier wordt opgezet, kan de aanwezigheid van een spion heel eenvoudig worden vastgesteld uit het verdwijnen van interferentie-effecten. Daaruit kan een ontvanger direct concluderen dat er afgeluisterd is.