Wetenschap
Bestrijding van storende ruis in kwantumcommunicatie
Een belangrijke mijlpaal voor de kwantumcommunicatietechnologie is dat een experiment heeft aangetoond hoe netwerken kunnen worden ingezet om ontwrichtende 'ruis' in kwantumcommunicatie te bestrijden.
De internationale inspanningen onder leiding van onderzoekers van het Centre for Quantum Dynamics van Griffith University benadrukken het potentieel van kwantumnetwerken bij het revolutioneren van communicatietechnologieën op kwantumniveau. De studie 'Nonlocality activation in a photonic quantum network' is gepubliceerd in Nature Communications .
Onderzoekers dr. Nora Tischler en dr. Sergei Slussarenko, programmamanagers bij het ARC Center of Excellence for Quantum Computation and Communication Technology (CQC2T) knooppunt aan de Griffith University, geloven dat hun bevindingen een eerste stap zijn in de richting van grootschalige kwantumnetwerken, die fundamenteel verander de manier waarop we op wereldschaal communiceren.
De studie duikt in de ingewikkelde wereld van kwantumverstrengeling – een fenomeen waarbij deeltjes een verbinding behouden, ongeacht de afstand ertussen. Kwantumverstrengeling, die al lang wordt erkend als een hoeksteen van de kwantumtechnologie, heeft wetenschappers geïntrigeerd vanwege de potentiële toepassingen ervan in hypergevoelige sensoren en ultra-private communicatiekanalen.
CQC2T Ph.D. Onderzoeker Luis Villegas-Aguilar begon samen met het team van de Griffith University aan een reis om de relatie tussen kwantumverstrengeling en non-lokaliteit te onderzoeken – mysterieuze correlaties die Einstein beroemd noemde als 'spookachtige actie op afstand'.
De degradatie van deze kwantumeffecten als gevolg van ruis vormt een grote uitdaging bij het realiseren van hun praktische toepassingen. Het door het onderzoeksteam uitgevoerde experiment pakte deze uitdaging direct aan.
"In essentie laat ons experiment zien hoe netwerken kunnen worden gebruikt om ruis in kwantumcommunicatie te overwinnen", legt Villegas-Aguilar uit. "Door reële omstandigheden binnen een gecontroleerde omgeving te simuleren, wilden we de ruistolerantie verbeteren en kwantum-non-lokaliteit binnen een netwerkstructuur 'activeren'."
Om dit doel te realiseren bundelden ze hun krachten met onderzoekers van de Universiteit van New South Wales, de Sorbonne Universiteit, Frankrijk, en het National Institute of Standards and Technology in de VS. Het team heeft in hun laboratoria een kwantumnetwerk met drie stations opgezet, waarmee configuraties worden nagebootst die je in een toekomstig kwantuminternet zou kunnen tegenkomen.
"In ons experiment stuurden we de verstrengelde deeltjes naar verschillende stations in het laboratorium. We gebruikten verstrengelde afzonderlijke fotonen, dit zijn kwantumdeeltjes van licht", aldus Dr. Tischler.
"Het kwantumnetwerk met drie stations, dat ruisachtige omstandigheden simuleert die je zou kunnen tegenkomen in een groter, in het veld ingezet netwerk. Ten eerste zijn we begonnen met slechts twee verstrengelde fotonen en bewezen dat ze geen kwantum-non-lokaliteit konden produceren voorbij een specifieke ruislimiet." P>
Vervolgens observeerden de onderzoekers, door nauwgezet ontwerp en implementatie, een opmerkelijk fenomeen:de voorheen verloren kwantum-non-lokaliteit kon worden hersteld door een extra connectiviteitslink toe te voegen.
"We hebben vastgesteld dat het toevoegen van het derde station aan de netwerkconfiguratie ons in staat stelde de effecten van ruis te overwinnen en kwantum-non-lokaliteit te activeren", zegt Dr. Emanuele Polino, een postdoctoraal onderzoeker die bij het experiment betrokken was.
Het team is ervan overtuigd dat hun resultaten niet alleen ons begrip van kwantumfenomenen vergroten, maar ook de weg vrijmaken voor de ontwikkeling van veerkrachtige en robuuste kwantumtechnologieën.
Terwijl de wereld zich blijft ontwikkelen richting een tijdperk van kwantumcomputers en communicatie, vertegenwoordigt dit onderzoek een belangrijke mijlpaal in het benutten van het volledige potentieel van de kwantummechanica.