Licht, maar dan netjes één voor één

In Leiden marcheren lichtdeeltjes netjes één voor één de experimenten van Wolfgang Löffler binnen. Hij werkt aan fundamentele kennis, die nodig is voor quantumcomputers en -netwerken.

Wolfgang LofflerZijn handen bewegen mee wanneer hij praat, als een dirigent die de maat slaat: “Eén voor één, netjes op een rijtje. Wij maken hier in het lab losse lichtdeeltjes.” Wolfgang Löffler heeft net voor het interview een college gegeven, maar hij begint even monter aan een nieuw rondje uitleg via Skype. Over waarom je dat zou willen, losse lichtdeeltjes - fotonen? En waarom een laser eigenlijk niet goed genoeg is? “Goede vraag”, reageert Löffler op elke vraag even enthousiast.  

Löffler is universitair docent in Leiden, waar hij onderzoek doet naar kwantumoptica – de interactie tussen licht en materie. Denk aan het spel tussen lichtdeeltjes en kwantumdots, de bitjes van een kwantumcomputer. Het is fundamenteel onderzoek, maar wel gericht op de ontwikkeling van de kwantumcomputer. Zo is Löffler penvoerder van een groot Europees project, Qluster, waarin geprobeerd wordt meerdere lichtdeeltjes samen in de pas te laten lopen en kwantummechanisch met elkaar te verbinden. “Technisch ingewikkeld, maar als dat ons lukt, zou dat echt een heel mooie stap zijn.”

Daarnaast werkt Löffler graag samen met collega’s uit Delft en Amsterdam: “Ons onderzoek beschouw ik als complementair.” Hij noemt het Quantum Software Consortium, een groot onderzoeksprogramma dat onder meer algoritmen ontwikkelt voor kwantumcomputers en kwantumnetwerken – en ze ook test: “De discussies die we daar voeren, tussen theoreten en experimentatoren, vind ik extreem nuttig. We stellen elkaar goede vragen. Over knelpunten, veiligheid, voordelen, enzovoort.” In het consortium zitten ook wiskundigen: “Daar ben ik ook al zo blij mee, die kunnen weer net andere dingen dan wij.”

Terug naar zijn eigen lab. Daar werkt hij dus graag met losse fotonen, omdat het in zijn onderzoek nou eenmaal erg nauw komt. Löffler: “We willen vaak graag weten of er in een experiment één foton wordt opgenomen, of niet.” Met een laser gaat dat echt niet, legt hij uit. Hoe strak je die ook maakt, je kan de fotonen in een laserpuls niet goed tellen. Dus dan valt na afloop van het experiment ook niet te zeggen of er al dan niet eentje is verdwenen. Löffler: “Wanneer je die lichtdeeltjes echter één voor één het experiment in stuurt, zoals wij doen, dan komt er één deeltje weer naar buiten wandelen, of géén. Dan weet je het precies.”

Tijdens zijn promotieonderzoek, in Karlsruhe, was Löffler ook al bezig met het maken van losse fotonen. “Dat was toen nog een moeizaam gepruts. Daarna was ik er wel even klaar mee.” De laatste jaren ging de technologie echter zo hard vooruit, dat het toch weer begon te kriebelen. “Het werd makkelijker om te doen, en wat je ermee kan is mooi. Dus toen was het tijd om toch weer aan lossefotonenbronnen te werken.” Of het hem vooral om de technologieontwikkeling van die kwantumlichtbronnen te doen is, of om de wetenschap die je met de losse fotonen kan doen, kan hij niet zeggen: “Je kan die twee niet scheiden. Fundamentele vragen leiden in de natuurkunde altijd tot nieuwe technologie, en nieuwe technologie tot nieuwe vragen.”

particles lion leidenLöffler studeerde en promoveerde in Karlsruhe, waar hij ook nog een postdoc deed. In 2009 kwam hij naar Leiden, waar hij bleef. “Er is geen andere plek in Europa waar zo dicht bij zee zulke goede kwantumoptica is”, legt Löffler die keuze uit. Hij houdt van surfen, bekent hij. Maar het was niet enkel de zee die trok. Het was zeker ook de goede reputatie van de universiteit. Zo noemt Löffler het werk van Han Woerdman, die hier in 1992 aantoonde dat je aan een lichtgolf draaiing mee kon geven. “Een mijlpaal in mijn veld. Hij is dit jaar overleden, hij was een grootheid.”

Nu moet Löffler zelf samen met zijn collega’s de eer van Leiden hooghouden. De studenten weten zijn groep in elk geval goed te vinden. Löffler doet veel studentenprojecten, zowel op bachelor als masterniveau. “Het is educatie op het allerhoogste niveau, dat is belangrijk voor de samenleving. We moeten zorgen voor een nieuwe generatie, die thuis is in de wereld van de kwantumcomputers.” Vindt hij het niet gewoon leuk om met studenten te werken? “Goede vraag. Ook dat. Jonge mensen, nieuwe ideeën, super.”

 

Dit artikel is verschenen op de website van Leiden-Delft-Erasmus Universities.