Sander Otte houdt van gepriegel met atomen. In zijn laboratorium in Delft wordt met eindeloos geduld geschoven met atomen, op de grens van de quantum-wereld en de onze. “Je moet je intuïtie los durven laten, dan gaat er een wereld voor je open.”
Tekst: Anouck Vrouwe
Op de kleinste schaal, die van de atomen en nog kleiner, regeert de quantummechanica de wereld. Het is een vreemde wereld: dingen kunnen er op twee plaatsen tegelijk zijn, bijvoorbeeld, of ongezien door een barrière glippen. In ons dagelijks leven gelden andere logica. Wij kunnen niet tegelijk op het schoolplein staan en op kantoor zitten, hoe graag we ook zouden willen.
'Je intuïtie voor hoe dingen zich gedragen, gaat verloren zodra je de wereld van de quantummechanica binnenstapt', aldus prof. dr. Sander Otte, hoogleraar bij de afdeling Quantum Nanoscience in Delft. 'Die intuïtie moet je los durven laten, zodat ze je niet in de weg zit. Als je op de quantumwetten durft te vertrouwen, gaat er een nieuwe wereld open.'
De quantumwereld is Ottes wereld. Of nauwkeuriger, de rand ervan; de grens tussen de quantumwereld en de onze – de klassieke wereld, in natuurkundejargon. Het gedrag van één atoom is nog volledig te beschrijven met quantummechanica, vertelt Otte.
Maar zodra je een aantal atomen bij elkaar zet, gaan de elektronen van die atomen met elkaar samenwerken. Dan wordt gedrag van dat clubje atomen te moeilijk om met quantum te berekenen.
'Wanneer je de eigenschappen van bijvoorbeeld de stof ijzer wilt beschrijven, dan laten we de quantummechanica los. Dan beschrijven we het gedrag van die atomen in de termen van verschijnselen. Dan moet je denken aan verschijnselen als geleidbaarheid, of hardheid.'
Otte is geïnteresseerd in die overgang. De stap van de quantumwereld naar de onze, de grens waar natuurwetten overgaan in verschijnselen. 'Mooi woord ook', vindt Otte, 'De eigenschappen van een stof verschijnen, komen tevoorschijn. Ze manifesteren zich, ook al zo’n fijn begrip.' Hij zoekt in zijn experimenten altijd de grens tussen quantum en klassiek op. 'Dan meten we eerst de eigenschappen van één atoom, dan van twee, dan drie, en zo door. In de hoop dat we die verschijnselen met hulp van de quantummechanica beter leren begrijpen.'
Ik beschouw ons werk als onze bijdrage aan het quantumecosysteem. Het onderzoek versterkt elkaar.'
Fundamenteel onderzoekswerk is het. 'Mijn team bouwt aan kennis die nodig is voor de ontwikkeling van nieuwe materialen, bijvoorbeeld voor quantumcomputers', zegt Otte. 'Mijn collega’s bij QuTech kunnen die kennis inzetten.' QuTech is het Delftse instituut dat technologie voor quantumcomputers ontwikkelt. Otte: 'Ik beschouw ons werk als onze bijdrage aan het quantumecosysteem. Het onderzoek versterkt elkaar.'
Om zijn onderzoek te kunnen doen, moet Otte de losse atomen voorzichtig naar hun plek duwen. Dat gebeurt met een scherp puntje van een microscoop, waarmee je zowel het oppervlak kan aftasten als atomen kan verplaatsen. 'Of dat verplaatsen goed lukt, hangt van dat puntje af. Dat is een kwestie van geluk – soms loop je twee dagen te prutsen, soms gaat het in één keer goed.'
‘Crafting matter atom-by-atom’ is de slogan van zijn laboratorium. 'Dat schuiven met atomen voelt ook heel ambachtelijk', zegt Otte. Dat werk is niet voor iedereen weggelegd. Zo had Otte een keer een bachelorstudent, die dat gepriegel niet trok. 'Na twee weken stond ze aan mijn bureau om te zeggen dat ze dit echt geen vier weken meer vol kon houden', lacht hij.
Zelf vindt hij dat gepriegel juist fijn, geeft hij daarna toe. Hij houdt van precisiewerk, als kind al. 'Ik was niet zo’n techneut die aan apparaten sleutelde, maar dat precieze zat er altijd al in. Ik vind tekenen fijn, dan maak ik kleine tekeningetjes met scherpe ballpoints. Ik heb zelfs een klein handschrift. En ik wil ook altijd tot de bodem, precies weten hoe dingen in elkaar zitten.'
Otte deed zijn studie in het meer theoretisch ingestelde Leiden, en geniet nu van de kruisbestuiving met de Delftse techneuten. 'Het verschil is subtiel, maar het is net een iets ander type mensen. Iets pragmatischer. De mensen uit Delft benaderen experimenten iets meer vanuit de vraag wat er technisch kan.' In gezamenlijkheid maken Delft en Leiden Zuid-Holland een unieke plek voor quantumonderzoek.
Het fijne van werken op atoomniveau is dat het een omgeving met weinig stoorzenders is, benadrukt Otte. 'In natuurkunde-experimenten draait alles eigenlijk om het elimineren van externe factoren, zodat je alleen het effect overhoudt dat je wilt bestuderen.' Het bestuderen van fundamentele wetten gaat daarom het beste op de allerkleinste schaal. 'Daar is de wereld klein en overzichtelijk.'
Zuid-Holland en quantum-wetenschap
Niet alleen de TU Delft, maar ook de Universiteit Leiden is wereldberoemd om zijn expertise op het gebied van quantum-onderzoek. Experts in Leiden en Delft werken regelmatig met elkaar samen in dit relatief nieuwe kennisgebied.
Een van hen is Wolfgang Löffler, universitair docent aan de Universiteit Leiden, waar hij onderzoek doet naar kwantumoptica – de interactie tussen licht en materie. Löffler werkt aan fundamentele kennis voor quantumcomputers en -netwerken. Lees het interview 'Licht maar dan netjes één voor één'.
