De onderzoeksgroep voor gevangen ionen van de Universiteit van Oxford verlegt al lange tijd de grenzen van kwantumcontrole, maar twee doorbraken die in de lente en vroege zomer van 2026 werden gerapporteerd, springen er echt uit. Binnen enkele weken na elkaar publiceerde het team resultaten in Nature Physics en Physical Review X die uitbreiden wat een enkel atomair ion kan – van het genereren van een lang ongrijpbaar vierde-orde kwantumeffect tot het bouwen van compleet nieuwe soorten superpositietoestanden. Hoewel beide experimenten om hetzelfde platform draaien, lossen ze verschillende problemen op en openen ze verschillende technologische deuren.
Quadsqueezing: Een vierde-orde spook tot leven brengen
Standaard kwantum-'squeezing' is een tweede-orde techniek die onzekerheid herverdeelt om meetprecisie te verbeteren – zie het als het samendrukken van ruis in de ene richting ten koste van de andere. Decennialang heeft squeezing zwaartekrachtgolfdetectoren en atoomklokken een boost gegeven. De stap naar vierde-orde squeezing was theoretisch rechttoe rechtaan, maar experimenteel ontoegankelijk omdat ruis die op lagere ordes genegeerd kon worden nu overweldigend werd ![]()
.
In mei 2026 bracht een door Oxford geleid team, met Dr. Oana Băzăvan, Professor David Lucas en Dr. David Nadlinger, daar verandering in door een reeks gecontroleerde krachten toe te passen op een enkel calciumion dat in een elektrisch veld hing. Door die krachten in een specifieke volgorde te combineren, genereerden ze quadsqueezing – een vierde-orde kwantumcorrelatie die zich manifesteert als verstrengeling tussen vier verschillende bewegingstoestanden – met een ongekende snelheid. De methode produceerde deze effecten 100 keer sneller dan conventionele benaderingen en maakte ze voor het eerst zichtbaar ![]()
.
Het belangrijkste methodologische inzicht was de eenvoud: in plaats van exotische hardware toe te voegen, gebruikte het team bestaande gereedschappen voor gevangen ionen in een sequentie die het vierde-orde signaal isoleerde van de ruis die het eerder had begraven ![]()
. Het resultaat, gepubliceerd in Nature Physics, markeert de allereerste experimentele waarneming van vierde-orde kwantumverstrengeling ![]()
.
Waarom dit belangrijk is. Quadsqueezing biedt een gevoeligere knop voor kwantummetrologie, omdat hogere-orde correlaties de standaard kwantumlimiet met een grotere marge kunnen verslaan. Het opent ook een weg naar het engineeren van complexe kwantumtoestanden die dienen als bouwstenen voor fouttolerante kwantumcomputers en sensoren van de volgende generatie ![]()
![]()
.
Schrödinger-katten gebouwd uit het vreemde, niet uit het simpele
De tweede doorbraak volgde in juni 2026 in Physical Review X. Kwantumsuperpositietoestanden – vaak Schrödinger-kat-toestanden genoemd – worden doorgaans samengesteld uit gewone 'coherent states', de dichtste kwantumbenadering van een klassieke baan. Het Oxford-team stelde echter een andere vraag: wat als elk deel van de superpositie zelf intrinsiek niet-klassiek was?
Met behulp van de beweging van een enkel gevangen ion bouwden de onderzoekers superposities waarin de twee overlappende componenten 'squeezed states' waren – kwantumconfiguraties waar de onzekerheid al op een contra-intuïtieve manier is herverdeeld. Door de toestand van het ion met hoge precisie te programmeren, vormden ze complexe, asymmetrische superposities die voorheen niet haalbaar waren ![]()
.
De methode geeft natuurkundigen programmeerbare controle over de vorm en eigenschappen van de kat-toestand. In conventionele kat-toestanden is de kwantumonzekerheid identiek in beide takken; hier verschilt ze, waardoor een rijkere interferentiestructuur ontstaat die kan worden benut voor foutcorrectie en fundamentele tests van de kwantummechanica ![]()
.
Waarom dit belangrijk is. Kwantumfoutcorrectie vertrouwt op het coderen van informatie in toestanden die robuust zijn tegen ruis. Het genereren van superposities uit niet-klassieke componenten, zoals squeezed states, zou logische qubits kunnen opleveren die inherent veerkrachtiger zijn. Het werk scherpt ook de testomgeving aan voor fundamentele vragen over decoherentie en de overgang van kwantum naar klassiek ![]()
![]()
.
Waarom een enkel gevangen ion?
Beide doorbraken delen een gemeenschappelijk podium: een enkel gevangen ion – waarschijnlijk een calcium- of strontiumisotoop – dat bijna roerloos wordt gehouden door radiofrequente elektrische velden. Een gevangen ion combineert twee verschillende kwantumsystemen: een goed geïsoleerde interne elektronische toestand die fungeert als qubit, en bewegingsmodi die met lasers kunnen worden gekoeld tot de kwantumgrondtoestand. Deze dubbele aard maakt ionen een ideaal platform voor het genereren en analyseren van complexe kwantumtoestanden ![]()
.
Cruciaal is dat de Oxford Ion Trap Group dit platform al jaren verfijnt. In juni 2025 vestigde dezelfde groep een wereldrecord voor de nauwkeurigheid van een operatie op een enkele qubit, met een foutmarge van slechts 0,000015%, oftewel één fout op de 6,7 miljoen operaties ![]()
. Die extreme controle over individuele qubits is de basis die de quadsqueezing- en kat-toestandresultaten van 2026 mogelijk maakte.
Noch quadsqueezing, noch programmeerbare kat-toestanden zullen morgen in een commerciële kwantumcomputer verschijnen. Maar samen vullen ze twee verschillende gaten in de kwantumgereedschapskist: de ene biedt een sneller, schoner pad naar hogere-orde verstrengeling voor detectie en metrologie, terwijl de andere een nieuwe manier biedt om informatie vorm te geven voor foutcorrectie. Beide tonen aan dat een enkel, goed gecontroleerd ion een van de meest veelzijdige platforms blijft om de diepste regels van de kwantumfysica te verkennen – en te benutten.
