nieuws

Delftse fysici ‘teleporteren’ voor het eerst informatie via rudimentair quantuminternet

Een jaar nadat Delftse onderzoekers het eerste bruikbare quantumnetwerk ter wereld hebben gebouwd, is dit nu daadwerkelijk gebruikt om informatie over te verzenden. De primeur vormt een opstap naar het lang gedroomde, onkraakbare internet dat quantumcomputers met elkaar moet verbinden.

George van Hal
Fysici bij het eerste rudimentaire quantumnetwerk waarover ze informatie verstuurden.  Beeld Niels Stomps
Fysici bij het eerste rudimentaire quantumnetwerk waarover ze informatie verstuurden.Beeld Niels Stomps

‘Een mijlpaal’, noemde vakgebiedgrootheid Anton Zeilinger (universiteit van Wenen) vorig jaar het eerste bruikbare quantumnetwerk ter wereld, verrezen in een ondergronds laboratorium van onderzoeksinstituut QuTech in Delft. Woensdag beschreven de makers ervan in vakblad Nature de volgende stap: voor het eerst slaagden ze erin informatie over het netwerk te verzenden.

Fysici dromen al van quantumnetwerken sinds de jaren tachtig van de vorige eeuw, toen de eerste plannen voor quantumcomputers ontstonden. Die computers rekenen met de maffe wetten van de quantumfysica, de natuurkundetheorie die de wereld op de allerkleinste schaal beschrijft. Daarin kunnen quantumbits – qubits – bijvoorbeeld niet alleen ‘0’ of ‘1’ zijn, maar ook ‘0’ en ‘1’ tegelijk.

Dat stelt computers in staat berekeningen te maken die zelfs voor de beste supercomputers onmogelijk zijn. Fysici hopen er nieuwe, op de persoon toegespitste medicijnen mee te kunnen ontwikkelen, of materialen die een energierevolutie ontketenen.

Mysterieuze quantumconnectie

Wie zulke computers op elkaar wil aansluiten, heeft echter een heel ander soort internet nodig dan we tot nu toe kennen, een quantuminternet. Dat maakt gebruik van zogeheten verstrengeling, een mysterieuze quantumconnectie die maakt dat wat je doet met één qubit direct invloed heeft op een andere. Zelfs als die zich op grote afstand bevindt.

Vorig jaar lukte het de Delftse onderzoekers voor het eerst om drie fysieke qubits, huizend in een minuscuul gaatje in een stukje diamant van 2 bij 2,5 milimeter, zodanig met elkaar te verstrengelen dat een rudimentair quantumnetwerk ontstond. Eerder waren dergelijke netwerken alleen tussen twee punten mogelijk.

Nu hebben de onderzoekers die verstrengeling daadwerkelijk gebruikt om informatie van punt A naar punt C te sturen, terwijl ze het tussenliggende punt B oversloegen. Teleportatie noemen fysici zulke informatieoverdracht daarom ook wel, met een knipoog naar sciencefictionseries als Star Trek, waarin grote voorwerpen en zelfs mensen zich direct tussen twee punten kunnen verplaatsen.

null Beeld

‘Aanzienlijke verbetering’

Volgens eerste auteur Sophie Hermans, die aan QuTech op dit onderzoek promoveerde bij de onderzoeksgroep van quantuminternethoogleraar Ronald Hanson, was de vervolgstap ‘veel complexer dan wat we vorig jaar deden’. Zo moesten de onderzoekers de verstrengeling een stuk betrouwbaarder maken en de snelheid waarmee deze zich vormt, vergroten.

Fysicus Sophie Hermans in het laboratorium van onderzoeksinstituut QuTech, waar zij en haar collega’s voor het eerst informatie verzonden over een rudimentair quantumnetwerk.  Beeld Niels Stomps
Fysicus Sophie Hermans in het laboratorium van onderzoeksinstituut QuTech, waar zij en haar collega’s voor het eerst informatie verzonden over een rudimentair quantumnetwerk.Beeld Niels Stomps

‘Een aanzienlijke verbetering’, oordeelt quantumexpert Tracy Northup (universiteit van Innsbruck), zelf niet bij het onderzoek betrokken. ‘Ze komen nu veel dichter bij praktische toepassingen.’

De huidige opstelling is op papier eenvoudig uit te breiden: meer knooppunten toevoegen of informatie over grotere afstanden teleporteren, verandert niets aan de basisprincipes. Toch zal de praktijk weerbarstiger blijken, vermoedt Hermans. Het netwerk moet dan namelijk nog betrouwbaarder en nog sneller worden. ‘En volgens mij hebben we nu wel zo’n beetje alles uit deze opstelling geperst dat mogelijk is.’

Volgens zowel Hermans als Northup hoeft dat geen groot probleem te zijn. De benodigde verbeteringen voor de volgende stap zijn zelfs al grotendeels beschikbaar. Zo kun je de verstrengeling efficiënter maken door de qubits te verbinden met zogeheten optical cavities, een soort trilkamer voor fotonen (lichtdeeltjes). ‘En als je de frequentie van de fotonen verandert, kun je gebruikmaken van de optische kabels van bestaande telecomnetwerken’, zegt Northup. ‘Dan kun je straks pas écht grote afstanden overbruggen.’

Meer over