Wetenschappers uit Delft hebben het allereerste quantumnetwerk ter wereld tot stand gebracht. Niet eerder waren drie quantumprocessoren in een netwerkje met elkaar verbonden. Deze prestatie is een stap voorwaarts naar een groter quantuminternet.

Waar computers rekenen met bits, die 0 of 1 zijn, gebruiken quantumcomputers quantumbits (of qubits). Die kunnen ook een combinatie van 1 en 0 zijn. Deze ‘quantumtoestanden’ geven quantumcomputers in theorie een gigantische rekenkracht.

Om verschillende quantumcomputers met elkaar te verbinden en informatie te laten uitwisselen, heb je een quantuminternet nodig. Hiermee kun je de gezamenlijke rekenkracht van de computers nog verder vergroten.

Versleuteld

Wat het quantuminternet bovendien interessant maakt, is de mogelijkheid om informatie volkomen veilig te versturen. Hiervoor is een andere quantumeigenschap van belang: het verstrengelen van deeltjes. Quantumdeeltjes kun je met elkaar verbinden. Als je die verbonden deeltjes vervolgens meet, zul je voor beide deeltjes samenhangende waarden vinden; is de een 0, dan is de ander 1, en omgekeerd.  

Quantumtoestanden (waarin dus die informatie van nullen en enen verpakt zit) kun je niet zomaar kopiëren. Als je dat wel doet, zorgt dat voor verstoringen. Bij het uitlezen van de twee verstrengelde qubits komen die waardes dan niet langer overeen. Als de nullen en enen wél overeenkomen, weet je dus dat je niet bent afgeluisterd. Op deze manier zijn verstrengelde qubits uitermate geschikt voor het versleuteld versturen van gevoelige informatie.

Dat verstrengelen van qubits heeft overigens bij de Delftenaren nog een erg lage kans van slagen: het lukt ongeveer tien keer per seconde. Het voordeel is dat ze in hun opstelling daadwerkelijk een signaal krijgen als de verstrengeling is gelukt. Dit is een belangrijke eigenschap als het quantumnetwerk in de toekomst op grotere schaal operationeel wordt.

Opschalen

In ‘s werelds eerste quantumnetwerk, donderdag gepubliceerd in Science, zijn alle drie de quantumprocessoren met elkaar verstrengeld. De wetenschappers hebben de drie punten voor het gemak Alice, Bob en Charlie genoemd. Bob vormt een fysieke verbinding met zowel Alice als Charlie.

Belangrijk is dat ook Alice en Charlie verstrengeld kunnen zijn, zo stelden de wetenschappers vast, ondanks dat daartussen geen fysieke verbinding is. Daarvoor hebben ze Bob nodig. Bob is uitgerust met een speciale geheugenqubit. Deze onthoudt de verstrengeling tussen Alice en Bob, terwijl Bob vervolgens verstrengeld raakt met Charlie.

Deze eigenschap is ook nodig met een blik op de toekomst, als zo’n quantumnetwerk opgeschaald moet worden. Je wil dan ook verbinding kunnen leggen tussen twee processoren die niet fysiek verbonden zijn. Vergelijk het met het huidige internet: er is geen enorme kabel die wereldwijd iedereen met een computer direct verbindt.

Wat de Delftse onderzoekers nu hebben gemaakt en gemeten is nog geen quantuminternet op grote schaal. De drie verschillende processoren bestaan bovendien slechts uit één of, in het geval van Bob, twee qubits, en zijn dus niet vergelijkbaar met een toekomstige quantumcomputer van formaat, waarbij we praten over miljoenen of miljarden qubits. Maar dit is wel de volgende stap op weg naar een groter quantumnetwerk.

Voorsprong

‘Het is echt een technisch hoogstandje en een stapje voorwaarts naar het quantumnetwerk dat het Delftse QuTech hoopt te verwezenlijken in de Randstad’, zegt natuurkundige Carlo Beenakker van de Universiteit Leiden. ‘De behoefte is er om over vijf jaar dit netwerk te hebben, en dat gaat gewoon lukken.’

Over een termijn voor verdere verspreiding van het quantuminternet wil Beenakker geen uitspraak doen. ‘Het is een techniek in ontwikkeling, daar kun je geen datum aan hangen.’ Er zijn, naast de wetenschap en techniek, ook veel andere factoren die de praktische toepassing van het quantumnetwerk beïnvloeden. ‘De vraag is niet alleen of je het kunt, maar ook of je het wilt.’

Voor banken, overheden en militaire doeleinden heeft de veiligere manier van communicatie die het quantuminternet biedt daadwerkelijk toegevoegde waarde, stelt Beenakker. Het is een heel concrete toepassing, waar instanties als banken nu al geld voor zouden willen betalen. Of ieder huis straks is aangesloten op het quantuminternet, zal de tijd moeten uitwijzen.

‘Hier mogen we trots op zijn, het is echt een mijlpaal’, zegt Beenakker. ‘China geeft hier miljarden aan uit, heeft zelfs een satelliet in de ruimte voor quantuminternet. Maar toch hebben wij als Nederland een voorsprong op dit gebied.’

De New Scientist-special Alles over quantum biedt de beste stukken over bizarre fenomenen op quantumschaal. Reserveer alvast een exemplaar in onze webshop.