Albert Einstein wilde niet het vreemde concept van kwantumverstrengeling bestuderen en bespotte het als een “griezelige actie op afstand”. Maar 100 jaar later, Einstein’s nachtmerrie kan helpen bij het creëren van een veiliger internet, dankzij de meer betrouwbare techniek tot nu toe om meerdere knooppunten verstrengelen langs glasvezelkabels.

Met verstrengeling kan een object kwantumoverlay betreden, waaronder meerdere toestanden tegelijkertijd worden gepresenteerd, zoals de Schrodinger-kat die tegelijkertijd levend en dood is, en die overlay kan worden gedeeld met een ander object. In theorie zouden deze objecten die verbinding behouden, zelfs wanneer ze gescheiden waren, dus het meten van de ene zou de toestand van de ander onthullen, hoe ver het ook weg is.

Dit fenomeen is niet alleen in het belang van kwantumfysici. Het quantuminternet zou het mogelijk maken om gevoelige berichten op een ultraveilige manier te communiceren. Een techniek om dit te bereiken zou zijn om een digitaal sleutelpaar te versleutelen, een technologie die bekend staat als quantum key distribution (QKD). Als twee mensen deze sleutels hebben, kunnen ze communiceren zonder angst voor spionnen, omdat elke poging om de inhoud te bespioneren de staat van de sleutels zou veranderen en ontdekt zou worden.

Maar QKD vereist kwantummeting van de status van versleutelde sleutels, en aangezien een dergelijke meting kan worden beïnvloed door de omstandigheden in verzenden en ontvangen van apparaten, moeten hun exacte fysieke omstandigheden bekend zijn. Dit kan onpraktisch zijn, omdat zelfs kleine fysieke schommelingen de metingen zouden veranderen.

Daarom zijn de eigenaardigheden van kwantumverstrengeling gebruikt om de basis te leggen voor een nog betere aanpak. Onder deze aanpak zou het bereiken van verstrengeling veel moeilijker zijn, maar op de lange termijn zou het een nuttiger quantuminternet kunnen bieden dan quantumsleutels bieden. Interlacing knooppunten in een netwerk zorgt voor een verbinding tussen doorweven deeltjes die niet afhankelijk zijn van de apparaten zelf en vermijdt de onrealistische eis om hun exacte toestand te kennen.

Althans in principe. In de praktijk vereist verstrengeling ook ideale omstandigheden. Kwantumsystemen zijn gevoelig voor de geringste verstoring: een verandering in temperatuur of lichte beweging kan alles vernietigen. Een innovatief experiment in 2015 toonde aan dat kwantumverstrengeling werkte op een afstand van 1,3 kilometer. In de jaren die volgen, hebben onderzoekers verder gescheiden verstrengelde deeltjes door ze te sturen via glasvezel en zelfs naar een satelliet en vice versa. Maar de betrouwbaarheid van hun verstrengeling is altijd erg laag geweest.

In een recent artikel gepubliceerd in Nature beschrijven onderzoeker aan de Chinese University of Science and Technology in Hefei Pan Jian-Wei en zijn collega’s een experiment waarin ze verstrengeling aantonen over meer dan 50 kilometer vezels die in een lab zijn opgerold en met minder transmissiefouten dan bij eerdere pogingen. “Dit is een grote verbetering,” aldus Pan, die bekend staat als de “vader van het kwantum”.

De truc is om efficiënte manieren te vinden om twee deeltjes te verstrengelen. Het team gebruikte een atoom, dat op zijn plaats bleef, en een foton, dat door de vezel werd verzonden. Zij stelden vast dat zij een paar doorweven knooppunten konden maken die veel betrouwbaarder waren dan eerdere experimenten hadden bereikt, waaronder dat referentiepunt in kilometers, overtroffen door vijf ordes van grootte.

Waarom is dit resultaat zo belangrijk? “Het is geweldig, maar niet zo cool als het lijkt,” zegt QuTech onderzoeker, een quantum computing en quantum internet onderzoekscentrum in Delft, Nederland, Stephanie Wehner. Pan’s team gebruikte 50 kilometer gewalste vezels, die een indrukwekkende mate van controle over het hele systeem vereisen. Maar het aantonen van de verstrengeling tussen twee knooppunten op dezelfde site is veel gemakkelijker dan wanneer ze eigenlijk 50 kilometer verderop zijn.

Afstand is een factor. Pan’s team stelt ook dat hun voorstel betrouwbaarder is dan de bovenstaande voorbeelden en legt daarom een betere basis voor het echte quantuminternet. Na hun aanpak met opgerolde vezels te hebben aangetoond, zijn ze van mening dat ze het gemakkelijk kunnen uitbreiden om te werken zoals in een rechte lijn. De methoden die in dit werk zijn ontwikkeld, kunnen in de nabije toekomst worden gebruikt om kwantumnetwerken tussen verschillende steden op te bouwen, concluderen de onderzoekers.

Leave a comment

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *