De zoektocht naar een veilig informatienetwerk is gaande. Onderzoekers van het Niels Bohr Instituut, Universiteit van Kopenhagen, zijn er recentelijk in geslaagd de opslagtijd van kwantuminformatie te vergroten, met behulp van een kleine glazen container gevuld met atomen op kamertemperatuur, een belangrijke stap zetten in de richting van een veilig kwantumgecodeerd distributienetwerk.

Verzenden van informatie in optische vezels over lange afstanden in het klassieke regime

Het verzenden van informatie over lange afstanden kan door berichten te coderen in lichtpulsen, en ze door optische vezels te sturen. Maar er is verlies aan vezels, dus versterking is onderweg noodzakelijk. Repeaters versterken de lichtpulsen op specifieke intervallen langs de lijn, en voila! – transatlantische communicatie is mogelijk. Maar er is een probleem:het is niet helemaal veilig. De informatie kan worden opgehaald, en zelfs als het gecodeerd is, codes kunnen worden verbroken.

Informatie verspreiden in het kwantumregime

Wat gebeurt er bij het verzenden van kwantuminformatie, is een beetje anders. De informatie zelf is niet echt reizend, maar wordt geteleporteerd via verstrengeling verspreid in het netwerk. De afzender heeft de helft van de verstrengeling, en de ontvanger heeft de andere helft.

Verstrengeling is veel gemakkelijker te creëren over korte afstanden, dus de lijn tussen zender en ontvanger is gesegmenteerd en verstrengeling wordt gecreëerd tussen elk begin en einde van de segmenten. Als elk segment de verstrengeling kan opslaan, de lijnoperator kan wachten tot verstrengeling in alle segmenten is ontstaan ​​en vervolgens verstrengelingswisselingen uitvoeren bij de verbindingen om de verstrengeling uit te breiden tot de volledige afstand tussen zender en ontvanger. Opslag is dus van cruciaal belang - en daarom is de verbetering van de opslagtijd die nu door de onderzoekers wordt gedaan, zo belangrijk. Alleen als er verstrikking is in de gehele lengte van de lijn, de daadwerkelijke communicatie kan plaatsvinden. Onderweg, het is totaal ontoegankelijk voor iemand anders, omdat de delicate kwantuminformatie zichzelf onmiddellijk vernietigt als je het op welke manier dan ook probeert af te luisteren of te manipuleren.

We hebben veel kwantumrepeaters nodig

De bewaartijd komt in beeld, omdat het enige tijd duurt voordat de informatie in de vezels is gereisd. De delicate kwantumverstrengeling moet worden opgeslagen, wachtend op zijn beurt om door de optische vezel te reizen. Het is heel logisch om te streven naar een systeem dat werkt op kamertemperatuur, vanwege de omvang van dergelijke netwerken. Als quantumrepeaters ingezet moeten worden voor app. elke 10 km communicatielijn, de voordelen van een eenvoudige installatie, werken bij kamertemperatuur, zijn enorm.

De onderzoekers van het Niels Bohr Instituut zijn erin geslaagd om deze cruciale levensduur van de kwantumtoestand bij kamertemperatuur te verhogen tot ongeveer een kwart milliseconde, en in deze tijd, het licht kan ongeveer 50 km in de vezel afleggen. "Dus, 50 km – het is nog niet heel ver, als je regionale kwantuminformatie wilt verzenden, maar het is veel langer dan wat eerder is bereikt met atomen bij kamertemperatuur", zegt Karsten Dideriksen, doctoraat leerling op het project.

De eigenlijke technologie

De techniek zelf bestaat uit een kleine glazen container, gevuld met Cæsium-atomen, waarin de onderzoekers kunnen laden, opslaan en ophalen van enkele fotonen (lichtdeeltjes) van, de kwantumtoestanden die nodig zijn voor de repeater. Deze techniek verbetert de levensduur van de kwantumtoestanden bij kamertemperatuur honderd keer. Eenvoud staat centraal, zoals men zich deze technologie moet voorstellen, eenmaal tot zijn volle potentieel ontwikkeld, verspreid over de hele wereld als kwantumrepeaters in onze informatienetwerken.

Het directe perspectief is, zoals genoemd, opslag voor gebruik in beveiligde kwantuminformatienetwerken, maar andere opties, zoals het genereren van on-demand enkele fotonen voor quantum computing, liggen op tafel.