LICHTPULSEN VERBETEREN PRECISIE VAN PLAATSBEPALING

Astronauten van Apollo 11 lieten in juli 1969 een kleine reflector achter op het oppervlak van de maan. Door daar een laserbundel op af te schieten en de tijd te meten die het licht er over doet om weer terug te keren op aarde, kan met behulp van de bekende waarde voor de lichtsnelheid de afstand van de aarde tot de maan tot op een paar millimeter nauwkeurig worden bepaald.

Die nauwkeurigheid kan echter aanmerkelijk worden vergroot wanneer gebruik wordt gemaakt van een mysterieus quantummechanisch effect. Dat beweren althans natuurkundigen van het Massachusetts Institute of Technology in Boston. Als hun ideeën experimenteel zouden kunnen worden verwezenlijkt, kunnen bijvoorbeeld plaatsbepalingen op aarde veel nauwkeuriger worden uitgevoerd. Ook het synchroniseren van de klokken aan boord van communicatiesatellieten, essentieel voor een foutloze afwikkeling van telefoongesprekken, kan nog veel nauwkeuriger (Nature, 26 juli).

De meest kritische stap in het bepalen van afstanden met behulp van laserpulsen is de detectie van het gereflecteerde licht. Het licht van een laser is nooit precies van één golflengte, maar is verspreid over een aantal verschillende kleuren, die allemaal met een net iets andere snelheid door de ruimte bewegen. Daarnaast waaiert zelfs een nauwe, gerichte laserbundel uit wanneer het licht zich over grote afstanden verplaatst. Het is dan ook moeilijk om het exacte moment van terugkeer van de laserpuls goed te kunnen bepalen. Seth Lloyd en collega's stellen daarom voor om `verknoopte' laserpulsen te gebruiken. Volgens de quantummechanica is het mogelijk het lot van afzonderlijke deeltjes in dit geval fotonen met elkaar te verbinden. Zodra aan een van de deeltjes een meting wordt gedaan, staat ook de uitkomst voor die van het andere deeltje vast, dat wil zeggen zonder dat daar feitelijk aan gemeten is.

Het gebruik van verknoopte fotonen brengt met zich mee dat ze niet meer onafhankelijk van elkaar de detector bereiken: ze komen in groepen, wat de meetonnauwkeurigheid behoorlijk verkleint. Voorlopig is het nog erg ingewikkeld om verknoopte laserpulsen te maken, maar de onderzoekers denken toch dat een hele reeks nieuwe, hoge-precisie meettechnieken zoals quantum radar en zelfs een Quantum Global Positioning System tot de reële mogelijkheden behoort.