Onderzoekers van de Universiteit van Sydney en RMIT University hebben een nieuwe methode ontwikkeld die de traditionele beperkingen van het Heisenberg onzekerheidsprincipe omzeilt bij kwantummetingen. Deze doorbraak, gepubliceerd in Science Advances op 24 september 2025, maakt het mogelijk om tegelijkertijd de positie en het momentum van een deeltje met ongekende precisie te meten.
Het Heisenberg onzekerheidsprincipe stelt dat er een fundamentele limiet is aan hoe nauwkeurig we twee complementaire eigenschappen, zoals positie en momentum, tegelijkertijd kunnen kennen. Een hogere precisie in de ene eigenschap leidt traditioneel tot meer onzekerheid in de andere. De nieuwe aanpak herverdeelt deze onzekerheid echter naar minder kritieke aspecten van de meting, wat resulteert in een aanzienlijke verbetering van de precisie bij het detecteren van minuscule veranderingen in zowel positie als momentum.
Deze methode maakt gebruik van 'grid states', een kwantumtoestand die oorspronkelijk is ontwikkeld voor foutgecorrigeerd kwantumrekenen. Hiermee konden de onderzoekers onzekerheden meten die overeenkomen met een halve nanometer en krachten detecteren zo klein als yoctonewtons – een biljoenste van een biljoenste van een newton. Dit is vergelijkbaar met het detecteren van het gewicht van ongeveer 30 zuurstofmoleculen. Eerdere metingen van krachten in de orde van grootte van yoctonewtons zijn gedaan, zoals een meting van 42 yoctonewtons door onderzoekers van het Lawrence Berkeley National Laboratory.
De implicaties van deze vooruitgang zijn aanzienlijk. De mogelijkheid om extreem kleine signalen met hoge precisie te meten, kan diverse sectoren revolutioneren. Denk hierbij aan observatoria voor zwaartekrachtgolven, die kosmische gebeurtenissen zoals botsende zwarte gaten detecteren, maar ook aan ultra-gevoelige kwantumsensoren voor navigatie, medische beeldvorming, materiaalmonitoring en astrofysica. Kwantumsensoren hebben al toepassingen gevonden in gebieden zoals geofysica en gezondheidszorg, waar ze het mogelijk maken om extreem zwakke signalen te identificeren die voorheen ondetecteerbaar waren met klassieke sensortechnologieën.
De ontwikkeling van 'grid states' is een belangrijk gebied binnen kwantumrekenen, gericht op het creëren van robuuste kwantumbits (qubits) die minder gevoelig zijn voor ruis. Dit onderzoek, een samenwerking tussen experimentatoren aan de Universiteit van Sydney en theoretici van RMIT University, de Universiteit van Melbourne, Macquarie University en de Universiteit van Bristol, markeert een significante stap voorwaarts in de kwantummeetkunde. Het biedt een nieuw raamwerk voor toekomstige sensortechnologieën die behoefte hebben aan het detecteren van uiterst subtiele signalen en opent deuren naar een nieuwe generatie van ultra-precieze sensoren die ons begrip en onze metingen van de kwantumwereld ingrijpend kunnen transformeren.