Onderzoekers van QuTech in Delft zijn er als eersten ter wereld in geslaagd om kwantum-verstrengeling tussen twee kwantumchips sneller te genereren dan dat die verstrengeling verloren gaat. Dit opent de deur naar het verbinden van meerdere kwantum nodes en daarmee naar het eerste echte kwantum-netwerk ter wereld.
Verstrengeling - door Einstein ooit omschreven als spooky action - is het fenomeen dat bij een (toekomstig) kwantum-internet voor kracht en fundamentele veiligheid zal zorgen. De onderzoekers, geleid door Ronald Hanson, gebruikten een nieuw verstrengelings-protocol en zorgvuldige bescherming van die verstrengeling, om de kwantum-link ‘on demand' te leveren.
Niet af te luisteren internet
Door het toepassen van kwantum-verstrengeling is het theoretisch mogelijk om een kwantum-internet te bouwen dat niet valt af te luisteren.
De wetenschappers hebben experimenteel 'on demand'verstrengeling over een afstand van twee meter gegenereerd binnen een fractie van een seconde; ze wisten deze verstrengeling vervolgens ook zo lang in stand te houden dat die (in theorie) verder gestuurd kon worden naar een derde node. "De uitdaging is nu om een netwerk te maken van meerdere verstrengelde knooppunten: de eerste versie van een kwantum-internet", stelt professor Hanson.
Hogere prestatie
In 2015 was de onderzoeksgroep de eerste die kwantum-verstrengeling tussen elektronen genereerde over een lange afstand (1,3 kilometer), waardoor ze het experimenteel bewijs konden leveren van kwantum-verstrengeling. Dat experiment is de basis van hun huidige aanpak om een kwantum-internet te ontwikkelen: individuele elektronen op afstand in diamant-chips worden verstrengeld, met lichtdeeltjes als ‘tussenpersonen'.
Tot nu toe leverde dit experiment echter nog niet de noodzakelijke prestaties om een echt kwantum-netwerk te maken. Hanson: "In 2015 konden we eens per uur een verbinding creëren, terwijl die verbinding maar een fractie van een seconde in stand bleef. Het was dus onmogelijk om een derde node aan het netwerk toe te voegen, laat staan meerdere."
Verstrengeling ‘on demand'
De wetenschappers hebben intussen meerdere innovaties aangebracht in het experiment. Ten eerste laten ze een nieuwe verstrengelingsmethode zien, waarmee het mogelijk is om veertig keer per seconde verstrengeling te genereren tussen elektronen op een afstand van twee meter. Onderzoeker Peter Humphreys benadrukt: "Dit is duizend maal sneller dan met de oude methode." In combinatie met een slimme manier om de kwantum-link te beschermen tegen externe ruis, is het experiment daarmee over een cruciale drempel heen: voor het eerst kan verstrengeling sneller worden gecreëerd dan deze weer verloren gaat.
Door technische verbeteringen kan met de experimentele setup nu altijd 'verstrengeling-on-demand' worden geleverd. Hanson: "Net als in het huidige internet, willen we altijd online zijn; het systeem moet op ieder verzoek verstrengelen." De wetenschappers hebben dit bereikt door slimme quality checks toe te voegen. Humphreys: "Deze checks nemen maar een fractie in beslag van de totale tijd van het experiment, en maken het mogelijk om zeker te stellen dat ons systeem klaar is voor verstrengeling, zonder handmatige actie."
In 2020 operationeel
De onderzoekers lieten vorig jaar al zien dat ze in staat zijn om een kwantum-verstrengelde link in stand te houden terwijl een nieuwe verbinding werd gegenereerd. Door dit te combineren met hun nieuwe resultaten, kunnen ze kwantum-netwerken met meer dan twee knooppunten maken. De Delftse wetenschappers willen dit nu dan ook realiseren. Hanson: "We willen vier steden in Nederland in 2020 verbonden hebben via kwantum-verstrengeling. Dit zou het eerste kwantum-internet ter wereld zijn."
