Een baanbrekend experiment geleid door een team van de Universiteit van Stuttgart in Duitsland brengt een quantuminternet een stap dichterbij. Fysici hebben voor het eerst een quantumtoestand geteleporteerd tussen fotonen die zijn geproduceerd door afzonderlijke lichtbronnen.
Deze prestatie stelt ingenieurs in staat om quantuminformatie over lange afstanden te versturen via herhalende stations die bestaan uit ‘quantumdots’, zonder verlies of verstoring.
Het verzenden van signalen over een afstand brengt het risico met zich mee dat kritische elementen van informatie verloren gaan. In een standaard breedbandinternetkabel worden lichtsignalen die data vervoeren versterkt met behulp van versterkers, maar het versterken van quantuminformatie vereist lichtbronnen die praktisch identieke fotonen kunnen produceren.
Bijzondere halfgeleiders die fotonen met een hoog niveau van controle uitstralen, zouden deze taak kunnen vervullen. Bekend als quantumdots, zijn ze in staat om lichtgolven uit te zenden op ongelooflijk precieze frequenties, waardoor fotonen uit verschillende dots niet van elkaar te onderscheiden zijn.
Onderzoekers hebben nu quantuminformatie geteleporteerd tussen fotonen van twee afzonderlijke quantumdots, wat bewijst dat dit inderdaad kan werken als een manier om quantumdata veilig en beveiligd over netwerken te houden.
“Voor het eerst wereldwijd zijn we erin geslaagd om quantuminformatie over te dragen tussen fotonen die afkomstig zijn van twee verschillende quantumdots,” zegt fysicus Peter Michler van de Universiteit van Stuttgart.
Terwijl teleportatie de term is die quantumfysici gebruiken voor dit soort experimenten, wat hier daadwerkelijk wordt overgedragen is een quantumtoestand – er verdwijnen geen fotonen zomaar uit het niets op de ene plek en materialiseren ze op een andere plek.
Om een quantumtoestand over te dragen tussen een paar fotonen, moeten de twee deeltjes in een vage quantumvorm verkeren. Belangrijker nog, ze moeten anderszins niet van elkaar te onderscheiden zijn.
Deze eigenschappen zijn gemakkelijk te bereiken wanneer ze dezelfde bron delen. Echter, verschillende bronnen riskeren het produceren van fotonen met subtiel verschillende kenmerken.
Quantumdots beperken deze kenmerken, waardoor teleportatie mogelijk wordt tussen volledig afzonderlijke locaties met verschillende bronnen.
Wat meer is, de experimenten uitgevoerd door de onderzoekers maakten gebruik van een standaard optische vezelkabel zoals die welke tegenwoordig in online netwerken wordt gebruikt. Het gebruik van bestaande infrastructuur zal cruciaal zijn om het quantuminternet operationeel te krijgen.
“Het overdragen van quantuminformatie tussen fotonen van verschillende quantumdots is een cruciale stap om grotere afstanden te overbruggen,” zegt Michler.
Wetenschappers proberen nog uit te zoeken in hoeverre het quantuminternet zou kunnen leunen op onze bestaande technologie, maar de quantumlaag zal essentieel zijn voor beveiliging en integriteit – als we in staat zijn om het over lange afstanden te laten functioneren. De opstelling voor de huidige studie omvatte een optische vezel van ongeveer 10 meter.
Er is nog veel werk te verzetten, en de onderzoekers zijn erop gebrand om de afstand waarop dit kan functioneren te vergroten, evenals de succesratio van teleportatie, die momenteel iets meer dan 70 procent bedraagt.
“Deze resultaten tonen de rijpheid van technologie gebaseerd op quantumdots aan, en vormen een belangrijke bouwsteen voor toekomstige quantumcommunicatie,” concluderen de onderzoekers.
Het onderzoek is gepubliceerd in Nature Communications.
