Een team van de Universiteit van Stuttgart in Duitsland heeft een doorbraak bereikt in kwantumcommunicatie: met succes kwantuminformatie teleporteren tussen fotonen gegenereerd door volledig afzonderlijke lichtbronnen. Deze mijlpaal brengt de visie van een veilig kwantuminternet over lange afstanden aanzienlijk dichter bij de realiteit.
De uitdaging van kwantumafstand
Traditionele internetsignalen kunnen worden versterkt met versterkers, maar kwantumdata is anders. Elke poging om een kwantumsignaal te versterken doet de kwetsbare toestand ervan instorten, waardoor het onbruikbaar wordt. Om kwantuminformatie over lange afstanden te verzenden, heb je lichtbronnen nodig die identieke fotonen produceren: deeltjes die niet van elkaar te onderscheiden zijn.
Dit was een grote hindernis: ervoor zorgen dat twee onafhankelijke bronnen fotonen met dezelfde kenmerken creëren, is ongelooflijk moeilijk. Subtiele verschillen kunnen de kwantumtoestand tijdens teleportatie vernietigen.
Quantum Dots: de sleutel tot stabiliteit
De onderzoekers hebben dit probleem opgelost met behulp van quantum dots : halfgeleiders op nanoschaal die licht uitzenden met uiterst nauwkeurige frequenties. Deze stippen produceren fotonen die zo op elkaar lijken dat ze effectief uitwisselbaar zijn. Hierdoor kan kwantuminformatie zonder verlies of verstoring over netwerken met herhalende stations worden “gestuiterd”.
“Voor het eerst wereldwijd zijn we erin geslaagd kwantuminformatie over te dragen tussen fotonen die afkomstig zijn van twee verschillende kwantumdots”, zegt natuurkundige Peter Michler van de Universiteit van Stuttgart.
Hoe kwantumteleportatie werkt (het is niet wat je denkt)
De term ‘teleportatie’ is misleidend. Onderzoekers brengen geen materie in beweging; ze brengen een kwantumtoestand – de informatie gecodeerd in een foton – over van het ene deeltje naar het andere. Dit vereist dat de twee fotonen zich in een ‘vage’ kwantumtoestand bevinden en, kritisch gezien, niet van elkaar te onderscheiden zijn.
Het team uit Stuttgart heeft aangetoond dat dit zelfs kan werken als de fotonen uit verschillende kwantumdots komen, waardoor de deur wordt geopend voor het opschalen van kwantumnetwerken. Het experiment liep over een standaard glasvezelkabel van 10 meter, wat compatibiliteit met de bestaande infrastructuur aantoonde.
Waarom dit belangrijk is: kwantumbeveiliging
De gevolgen zijn enorm. Een door deze technologie beveiligd quantum-internet zou afluisteren onmogelijk kunnen maken. Kwantumcommunicatie is inherent veilig omdat elke poging om het signaal te onderscheppen het signaal verandert, waardoor zowel de zender als de ontvanger worden gewaarschuwd.
Het huidige succespercentage bij teleportatie is iets meer dan 70%, maar de onderzoekers werken eraan om dit te verbeteren. Het vergroten van de afstand is een andere prioriteit.
Deze doorbraak toont aan dat op kwantumdots gebaseerde technologie snel volwassen wordt en een essentiële bouwsteen vormt voor toekomstige veilige communicatienetwerken. De race om een functioneel kwantuminternet te bouwen is begonnen en dit experiment markeert een cruciale stap voorwaarts.
