Een kwantuminternet zou wel eens de eerste kwantuminformatietechnologie kunnen zijn die werkelijkheid wordt. Onderzoekers van QuTech in Delft, Nederland, publiceerde vandaag een uitgebreide gids voor dit doel in Wetenschap . Het beschrijft zes fasen, te beginnen met eenvoudige netwerken van qubits die al veilige kwantumcommunicatie mogelijk zouden kunnen maken - een fase die in de nabije toekomst werkelijkheid zou kunnen worden. De ontwikkeling eindigt met netwerken van volledig kwantumgekoppelde kwantumcomputers. In elke fase, nieuwe toepassingen komen beschikbaar zoals extreem nauwkeurige kloksynchronisatie of het integreren van verschillende telescopen op aarde in één virtuele supertelescoop. Dit werk creëert een gemeenschappelijke taal die het zeer interdisciplinaire veld van kwantumnetwerken verenigt om de droom van een wereldwijd kwantuminternet te verwezenlijken.

Een kwantuminternet zal een revolutie teweegbrengen in de communicatietechnologie door gebruik te maken van fenomenen uit de kwantumfysica, zoals verstrengeling. Onderzoekers werken aan technologie die de overdracht van kwantumbits tussen twee willekeurige punten op aarde mogelijk maakt. Zulke kwantumbits kunnen tegelijkertijd nul en één zijn, en kunnen verstrikt raken - hun lot is op zo'n manier samengevoegd dat een bewerking op een van de qubits onmiddellijk de toestand van de andere beïnvloedt.

Dit brengt twee functies met zich mee die aantoonbaar onbereikbaar zijn voor het internet dat we tegenwoordig kennen. De eerste is dat verstrengeling een betere coördinatie tussen afgelegen locaties mogelijk maakt. Dit maakt hem uitermate geschikt voor taken als kloksynchronisatie of het koppelen van verre telescopen om betere beelden te verkrijgen. De tweede is dat verstrengeling inherent veilig is. Als twee kwantumbits maximaal verstrengeld zijn, dan kan niets anders in het universum enig aandeel hebben in die verstrengeling. Deze functie maakt verstrengeling bij uitstek geschikt voor toepassingen die beveiliging en privacy vereisen.

Veel andere toepassingen van een kwantuminternet zijn al bekend, en meer zullen waarschijnlijk worden ontdekt als de eerste netwerken online komen. Onderzoekers van QuTech, een samenwerking tussen de Technische Universiteit Delft en de Nederlandse organisatie voor toegepast wetenschappelijk onderzoek TNO heeft nu stadia van kwantuminternetontwikkeling uiteengezet die worden onderscheiden door technologische mogelijkheden en bijbehorende toepassingen.

De laagste fase van een echt kwantumnetwerk - een voorbereidings- en meetnetwerk - maakt de end-to-end levering van kwantumbits tussen twee willekeurige netwerkknooppunten mogelijk, één kwantumbit per keer. Dit is al voldoende om veel cryptografische toepassingen van een quantumnetwerk te ondersteunen. Het hoogste stadium is het langetermijndoel om grote kwantumcomputers aan te sluiten waarop willekeurige kwantumtoepassingen kunnen worden uitgevoerd.

Naast een leidraad voor verdere ontwikkeling, het werk stelt uitdagingen voor zowel de technische inspanningen als de ontwikkeling van toepassingen. "Aan de ene kant, we zouden graag steeds meer geavanceerde stadia van dergelijke netwerken willen bouwen", zegt Stephanie Wehner, hoofdauteur van het werk, "Anderzijds, ontwikkelaars van kwantumsoftware worden uitgedaagd om de vereisten van toepassingsprotocollen te verminderen, zodat ze al kunnen worden gerealiseerd met de meer bescheiden technologische mogelijkheden van een lager niveau." Co-auteur Ronald Hanson voegt toe:"Dit werk zorgt voor een broodnodige gemeenschappelijke taal tussen de zeer interdisciplinair gebied van kwantumnetwerken die de natuurkunde overspannen, Computer Wetenschappen en Bouwkunde."

De eerste echte kwantumnetwerken, waardoor de end-to-end transmissie van kwantumbits, naar verwachting in de komende jaren worden gerealiseerd, het begin van een grootschalig kwantuminternet aankondigen.