Over de hele wereld werken wetenschappers aan nieuwe methoden om een ​​onkraakbaar internet te realiseren, een internet gebaseerd op kwantumverstrengeling – een onzichtbare kwantummechanische verbinding – als netwerkkoppelingen. De grootste uitdaging is het opschalen naar grote netwerken die verstrengelde verbindingen delen met veel deeltjes en netwerkknooppunten. Onderzoekers in Delft en Oxford zijn er nu in geslaagd een sterk verstrengelde schakel te destilleren door meerdere zwakkere kwantumschakels te combineren tot één. Deze methode is essentieel om een ​​betrouwbaar kwantumnetwerk tussen meerdere kwantumknooppunten te realiseren. Dit innovatieve nieuwe werk is nu gepubliceerd in Wetenschap tijdschrift.

Spookachtig internet

Veilige communicatie is een van de grootste digitale uitdagingen van vandaag. Er wordt wereldwijd wetenschappelijk gestreefd naar nieuwe methoden om een ​​echt veilig internet te realiseren op basis van de wetten van de kwantummechanica. Met zulke netwerken geheime afluisteren is fundamenteel onmogelijk. Echter, het realiseren van sterke schakels in een kwantumnetwerk, gebaseerd op het krachtige maar fragiele principe van kwantumverstrengeling, is een grote wetenschappelijke uitdaging.

"Verstrengelde deeltjes gedragen zich als één, onafhankelijk van afstand. Elke waarneming van dergelijke verstrengelde elektronen resulteert in gecorreleerde informatie, Professor Ronald Hanson legt uit. Het meten van het ene deeltje heeft dus onmiddellijk invloed op het andere, zelfs als ze lichtjaren van elkaar verwijderd zijn. Albert Einstein geloofde niet dat zo'n verband kon bestaan, maar een zorgvuldig opgezet experiment van de groep van professor Hanson in Delft in 2015 bereikte de wereldpers om aan te tonen dat dit echt het geval is. Ze waren in staat om deze langdurige uitdaging aan te gaan door kwantuminformatie over afstanden van meer dan een kilometer te verstrengelen via lichtdeeltjes. Wetenschappers werken nu toe naar baanbrekende technologieën op basis van verstrengeling. Sterke verbindingen via kwantumverstrengeling kunnen de basis zijn voor het delen van informatie. 'De informatie bestaat op beide plaatsen en er hoeft geen gevoelige informatie tussendoor te reizen, " legt Hanson uit, "we verwachten fundamenteel veilige toekomstige netwerken op basis van verstrengeling tussen kwantumknooppunten:een kwantuminternet." De kracht van kwantumverstrengeling is dat het onzichtbaar is voor derden:de informatie is niet af te luisteren.

Verstrengelingsdestillatie

De onderzoeksgroep van Ronald Hanson bij QuTech staat bekend om het realiseren van netwerkkoppelingen op basis van kwantumverstrengeling. Ze bouwen nu voort op dit werk om het eerste kwantuminternet te bouwen. Ronald Hanson:"We zetten nu een belangrijke stap voorwaarts. Waar we eerst verstrengelde informatie tussen twee elektronen in diamanten realiseerden, we gebruiken nu ook een van de kernspins die in elke diamant aanwezig zijn om de verstrengelde informatie tijdelijk op te slaan." Met de informatie veilig opgeslagen, de wetenschapper kan de elektronen weer verstrengelen. Hanson:'Nu hebben we twee verstrengelingsschakels. Door deze op een slimme manier te combineren, we slagen erin om één sterk verstrengelde schakel te genereren met behulp van twee zwakkere verstrengelde schakels, net als het distilleren van whisky uit alcoholarme ingrediënten." dit proces van verstrengelingsdestillatie kan steeds opnieuw worden herhaald, totdat verstrengeling van hoge kwaliteit is verkregen."

Uitbreidingsmogelijkheden

De gedemonstreerde methode is een belangrijke stap op weg naar het kwantuminternet. Norbert Kalb, een van de leidende auteurs van het artikel:"Om zo'n netwerk te realiseren, we hebben alle ingrediënten van het huidige internet nodig:een herinnering, een processor en netwerkkoppelingen. Nu hebben we aangetoond dat kernspins kunnen worden gebruikt als herinneringen die niet worden verstoord door regenererende verstrengeling tussen de elektronenspins, de verwerkers, ' zegt Kalb.

In deze publicatie Hanson en zijn team toonden aan dat verstrengeling kan worden opgeslagen in kernspins terwijl verstrengeling tussen elektronenspins wordt hersteld. Hanson legt de toekomstige mogelijkheden uit:"We zouden nu elektronen in extra kwantumknooppunten kunnen verstrengelen, zodat we het aantal netwerkverbindingen kunnen uitbreiden naar een eerste echt kwantumnetwerk. Wetenschappelijk, gaat er een hele nieuwe wereld open." Deze verstrengelingsdestillatie is essentieel voor het toekomstige kwantuminternet, waarvoor meerdere netwerklinks van hoge kwaliteit nodig zijn. Hanson denkt dat de toekomst binnen handbereik is:"Over vijf jaar verbinden we vier Nederlandse steden in een rudimentair kwantumnetwerk."