NWO-I

NWO - Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek - print-logo

URL voor deze pagina :
https://www.nwo-i.nl/nieuws/2017/06/02/distillatie-brengt-quantuminternet-stap-dichterbij/

Geprint op :
19 augustus 2017
02:33:27

Spookachtig internet
Veilige communicatie is een van de grootste uitdagingen in dit digitale tijdperk. Over de hele wereld werken wetenschappers aan nieuwe methoden om écht veilige netwerken te realiseren: gebaseerd op de wetten van de quantummechanica. In zulke netwerken is het fundamenteel onmogelijk om ongemerkt afgeluisterd te worden, maar het maken van sterke verbindingen in deze netwerken, gebaseerd op het krachtige maar kwetsbare principe van quantumverstrengeling, is een grote uitdaging.

"Verstrengelde elektronen gedragen zich als het ware als één, ongeacht de afstand. Op welke manier je ook naar de elektronen kijkt, ze hebben altijd gedeelde informatie",  vertelt Ronald Hanson, hoogleraar Quantumfysica. Een meting op het ene deeltje beïnvloedt instantaan een meting op het andere deeltje, zelfs wanneer ze lichtjaren van elkaar gescheiden worden. Einstein geloofde niet in dit fenomeen, maar een uitgekiend experiment in Delft in 2015 maakte aan de laatste twijfels een einde. Wetenschappers zijn nu bezig om verstrengeling in te zetten voor radicaal nieuwe technologie. "De informatie bevindt zich als het ware op beide plekken tegelijkertijd en gevoelige informatie hoeft daardoor geen weg af te leggen", licht Hanson toe. "We voorzien in de toekomst veilige netwerkverbindingen gebaseerd op verstrengeling: een quantuminternet."

Verstrengeling distilleren
De onderzoeksgroep van Hanson bij QuTech is beroemd door het maken van verbindingen gebaseerd op quantumverstrengeling. Met behulp van lichtdeeltjes zijn de wetenschappers in staat om de quantuminformatie te verbinden over macroscopische afstanden, tot ruim een kilometer. Met een belangrijke test lieten de wetenschappers eerder de kracht van zo’n verbinding zien: verstrengeling is onzichtbaar voor een tussenpersoon, de informatie kan niet worden afgeluisterd.
Hanson: "Nu gaan we een belangrijke stap verder. Waar we eerst verstrengelde informatie realiseerden tussen twee elektronen in twee diamanten, gebruiken we nu ook één van de aanwezige kernspins in iedere diamant om de verstrengelde informatie tijdelijk op te slaan. "Terwijl de informatie veilig is opgeslagen, verstrengelen de wetenschappers de elektronen opnieuw. Hanson: "Nu zijn er twee verbindingen. Door deze op een slimme manier met elkaar te combineren, kunnen we uit die zwakkere verbindingen één sterkere verstrengelde verbinding halen, een beetje zoals whisky wordt gedistilleerd uit lager-alcoholische basisingrediënten." Deze distillatie van verstrengeling kan in principe steeds vaker herhaald worden totdat de verbinding de gewenste kracht heeft.

Quantumnetwerk
Deze methode opent belangrijke deuren voor het quantuminternet. Promovendus Norbert Kalb: "Om zo’n netwerk te realiseren hebben we alles nodig dat het huidige internet ook gebruikt - een geheugen, een processor en verbindingen. Nu laten we zien dat we de kernspins als geheugen kunnen gebruiken, zonder dat deze verstoord worden door nieuwe verbindingen tussen de elektronen, de processor."
In deze publicatie hebben Hanson en zijn team laten zien dat de verstrengeling kan worden opgeslagen in kernspins, terwijl er opnieuw verstrengeling tussen elektronen wordt gerealiseerd. Hanson voorziet mogelijkheden: "Dat kan ook verstrengeling met een elektron in een nieuw knooppunt zijn. Op deze manier kunnen we verder gaan dan twee verbindingen en het eerste echte quantumnetwerk gaan opzetten. We gaan dan ook qua wetenschap echt onbekend gebied in." Deze distillatie van verstrengeling is essentieel voor de toekomst van het quantuminternet: waarin vele quantumverbindingen bestaan, die ook nog eens van hoge kwaliteit moeten zijn. Volgens Hanson is die toekomst niet ver weg: "Binnen vijf jaar willen we vier grote steden in Nederland verbinden in een rudimentair quantumnetwerk."

Referentie
Entanglement Distillation between Solid-State Quantum Network Nodes
N. Kalb,1, 2,* A. A. Reiserer,1, 2,* P. C. Humphreys,1, 2, * J. J. W. Bakermans,1, 2 S. J. Kamerling,1, 2 N. H. Nickerson,3 S. C. Benjamin,4 D. J. Twitchen,5 M. Markham,5 and R. Hanson1, 2 

*Equal author contribution
1QuTech, Technische Universiteit Delft, Postbus 5046, 2600 GA  Delft, Nederland
2Kavli Institute of Nanoscience, Delft University of Technology, Postbus 5046, 2600 GA  Delft, Nederland
3Department of Physics, Imperial College London, Prince Consort Road, London SW7 2AZ, U.K.
4Department of Materials, University of Oxford, Parks Road, Oxford OX1 3PH, U.K.
5Element Six Innovation, Fermi Avenue, Harwell Oxford, Didcot, Oxfordshire OX11 0QE, U.K.

Contact details
Ronald Hanson, QuTech, TU Delft, Lorentzweg 1, 2628 CJ  Delft.

Youtube
Uitleg op Youtube