Alienzoekers veronderstelden eind jaren vijftig dat buitenaardse wezens ons proberen te bereiken via radiosignalen. Natuurkundigen opperen nu een andere manier: quantumcommunicatie.
Het zou toch wat zijn: een boodschap afkomstig van een buitenaardse beschaving. Niet alleen weten we vanaf dat moment dat we niet alleen zijn in dit heelal, wie weet wat er valt te leren uit een bericht, opgesteld door intelligente wezens geëvolueerd op een andere planeet. Wezens, bovendien, die misschien wel duizenden of zelfs miljoenen jaren op ons voorliggen.
Lees ook:
Maar wacht eens even. Als aliens zó ver op ons voorliggen, versturen ze dan echt boodschappen in de vorm van radiostraling, zoals de pioniers van het vakgebied SETI – de zoektocht naar buitenaardse intelligentie – eind jaren vijftig veronderstelden? Of zouden ze een geavanceerdere manier gebruiken om met ons te babbelen over een afstand van vele lichtjaren? In een nieuw wetenschappelijk artikel bekijken natuurkundigen Arjun Berera en Jaime Calderón-Figueroa van de Universiteit van Edinburgh zo’n methode: quantumcommunicatie.
Verstrengelde deeltjes
Op aarde zijn we de laatste jaren steeds bedrevener geworden in communiceren op z’n quantums. In de basis gaat het daarbij meestal om koppels van deeltjes, bijvoorbeeld fotonen (‘lichtdeeltjes’), die een quantummechanische band met elkaar hebben. Of, zoals natuurkundigen zeggen: die met elkaar verstrengeld zijn. Doe je een meting aan het ene deeltje, dan verandert het andere deeltje mee, waar het zich op dat moment ook bevindt.
Met zo’n verstrengeld koppel deeltjes kun je vervolgens gaan quantumteleporteren. Je geeft dan het ene deeltje aan proefpersoon A, Alice, en het andere aan proefpersoon B, Bob. Als Alice vervolgens een bepaalde meting op haar deeltje loslaat, en Bob daarna zijn deeltje meet, krijgt Bobs deeltje de eigenschappen van dat van Alice. Addertje onder het gras is dat Bob zijn deeltje op verschillende manieren kan meten. Om hem te vertellen welke manier hij moet kiezen, zal Alice hem een afzonderlijke boodschap moeten sturen.
Klinkt misschien als abracadabra, maar wetenschappers experimenteren al een paar decennia met dit vreemde verschijnsel, over steeds grotere afstanden. In 2012 lukte het bijvoorbeeld om de eigenschappen van deeltjes over te hevelen tussen twee observatoria op de Canarische eilanden, met een onderlinge afstand van 143 kilometer. En in 2017 slaagden wetenschappers erin te quantumteleporteren tussen de aarde en de Chinese satelliet Micius, over een afstand van meer dan 1000 kilometer.
Twee signalen
Als je fotonen door de aardatmosfeer kunt sturen zonder dat ze de quantumband met hun partner verliezen, dacht Berera een paar jaar geleden, zouden ze dan niet ook een reis door de veel ijlere ruimte tussen de sterren overleven? In 2020 beantwoordde hij die vraag al met ‘ja’ in een wetenschappelijk artikel. In een nieuw artikel heeft hij daar nu, samen met promovendus Calderón-Figueroa, nog wat meer berekeningen aan gewijd. En de conclusie blijft: quantumverstrengeling kan een reis van vele lichtjaren door de ruimte overleven. Eigenlijk is dat best gek. “Quantumtoestanden zijn heel teer”, legt Berera uit. “Als er ook maar iets van buiten een interactie mee aangaat, wordt zo’n toestand vernietigd. En de ruimte zit vol met deeltjes en fotonen.”
Toch blijken die in de praktijk weinig roet in het eten te gooien. Als in: een foton kan een flink deel van ons sterrenstelsel doorkruisen voordat het een keer van zijn verstrengeling wordt ontdaan door een ontmoeting met een ander deeltje. Ook de zwaartekracht die een verstrengeld deeltje onderweg ondervindt, vormt geen groot probleem. En dus kun je ze prima gebruiken om met een verre beschaving te ‘praten’.
Hoe zou zo’n poging om contact met ons te leggen er dan uitzien? In het scenario van Berera sturen de aliens een hele reeks fotonen op ons af, stuk voor stuk verstrengeld met een foton dat ze hebben achtergehouden. Daarnaast sturen ze ons een tweede signaal, dat ons vertelt hoe we die stroom aan verstrengelde fotonen moeten ‘uitlezen’. En die combinatie van twee signalen, die tegelijk arriveren en afkomstig zijn van hetzelfde punt aan de hemel, zou ons dan duidelijk moeten maken dat we van doen hebben met een signaal van intelligente wezens.
Cutting edge?
Een aandachtspunt is dat volgens de twee natuurkundigen röntgenfotonen het meest geschikt zijn voor deze manier van communicatie; die trekken zich het minst aan van andere deeltjes. “Tot nu toe is nog niemand erin geslaagd zulke fotonen met elkaar te verstrengelen”, zegt Berera. “Maar technisch moet het mogelijk zijn, en uiteindelijk zal het ook wel lukken.” Een ander probleem met röntgenfotonen is dat ze niet door de aardatmosfeer kunnen komen. Willen we dit soort fotonen opvangen – of verzenden – dan zullen we dat dus met een ruimtetelescoop moeten doen.
Fundamenteler is het bezwaar dat we altijd denken dat buitenaardse beschavingen precies die techniek gebruiken waar we zelf op dat moment mee bezig zijn. Zestig jaar geleden was dat radiostraling, nu is dat quantumcommunicatie. Maar wie zegt dat een beschaving die enorm ver op ons voorloopt een methode hanteert die wij, een dikke eeuw na de uitvinding van de gloeilamp, als cutting edge zien? Wie weet wat er allemaal nog meer mogelijk is – en voor welke signalen we dus eigenlijk onze ogen open zouden moeten houden.
Deze Far Out staat ook in KIJK 10/2022, via onderstaande knop te koop.
Bronnen: Physical Review D, ArXiv.org (1), ArXiv.org (2)
Beeld: Mark Garlick/SPL/ANP