Natuurkundigen van de TU Delft hebben in een eenvoudig quantumnetwerk informatie van de ene naar de andere kant verzonden. Hierbij is de informatie langs een tussenliggend knooppunt ‘geteleporteerd’.

Een quantumnetwerk is een netwerk waarin informatie wordt verstuurd met behulp van zogeheten quantumverstrengeling. Deeltjes die met elkaar verstrengeld zijn, hebben gekoppelde eigenschappen. Dat betekent dat als zo’n eigenschap bij het ene deeltje verandert, het andere deeltje onmiddellijk meeverandert – ook al zijn de deeltjes niet bij elkaar in de buurt.

Het maken van zo’n netwerk vormt een belangrijke stap richting een quantuminternet. Een dergelijk internet is in principe een stuk moeilijker te hacken dan de huidige internetsystemen.

'Koudwaterkoraalriffen zijn de regenwouden van de oceaan'
LEES OOK
'Koudwaterkoraalriffen zijn de regenwouden van de oceaan'

Een quantumnetwerk kun je bouwen met onderling verbonden qubits – de quantumvariant van traditionele computerbits. Die moeten dan verstrengeld zijn met qubits elders in het netwerk, in plaats van met de naburige qubits waarmee ze al rechtstreeks verbonden zijn. Tot dusver was verstrengeling van netwerkqubits alleen aangetoond bij rechtstreeks verbonden qubits.

Sciencefiction

Het team van natuurkundige Ronald Hanson van de TU Delft heeft nu een eenvoudig netwerk gebouwd van uit diamant gemaakte qubits. Die waren gerangschikt in drie knooppunten, die zoals altijd Alice, Bob en Charlie werden genoemd. Er was geen directe verbinding tussen Alice en Charlie, alleen een indirecte verbinding via Bob. Toch waren Alice en Charlie met elkaar verstrengeld.

Als twee qubits met elkaar verstrengeld zijn, is het onmogelijk de toestand van het ene deeltje te meten zonder de toestand van het andere deeltje te veranderen. Wanneer de quantumtoestand van Charlie werd veranderd, veranderde de toestand van Alice dus ook. Dat betekent dat informatie langs Bob ‘teleporteerde’ zonder die daarbij werd aangepast.

‘Het is echt teleportatie zoals je dat in sciencefictionfilms ziet’, zegt Hanson. ‘De toestand, of informatie, verdwijnt aan de ene kant en verschijnt weer aan de andere kant. Omdat de gegevens niet door de tussenliggende ruimte reizen, kunnen ze ook niet verloren gaan.’

Het was al tientallen jaren geleden in theorie aangetoond dat je verstrengeling op deze manier kunt benutten. Maar pas in dit experiment is het met succes in de praktijk bewezen. Dat was mogelijk omdat sommige qubits op de knooppunten ‘geheugen-qubits’ waren. Die kunnen quantumtoestanden langer vasthouden dan standaardqubits.

Afluisterveilig

In een quantuminternet veranderen twee knooppunten in het netwerk op exact hetzelfde moment. Toch is het niet per se sneller dan een conventioneel systeem. Dit komt doordat gebruikers informatie over netwerkveranderingen moeten delen via traditionele vormen van communicatie.

Wel heeft een quantumweb als voordeel dat het echt private functies biedt, zoals afluisterveilige communicatie of dataservers die nooit kunnen ontdekken wat de bron is van de gegevens die ze kraken. ‘Daarnaast zijn er waarschijnlijk ook veel toepassingen die we nog moeten ontdekken’, zegt Hanson.

Fotonen

Hanson en zijn team hebben dus als eersten een quantumnetwerk gebouwd waarin niet-naburige knooppunten verstrengeld zijn. Daarnaast hebben andere teams de afgelopen jaren geëxperimenteerd met verschillende vormen van quantumcommunicatie, onder andere met verstrengelde fotonen.

‘Het testen van dit soort experimenten op verschillende platforms is heel belangrijk’, zegt natuurkundige Charles Adams van de Durham Universiteit in het Verenigd Koninkrijk. ‘We weten nog niet welke technologie zal slagen – misschien wordt het een soort mengsel van verschillende technologieën.’