Een team van wetenschappers in China heeft kwantumgeheugens gekoppeld aan meer dan 30 mijl (50 kilometer) glasvezelkabel, waarmee het vorige record met meer dan 40 keer werd overtroffen. Deze prestatie is een belangrijke stap in de richting van een hackbestendig internet, aldus wetenschappers.
Het internet dat we tegenwoordig gebruiken, was echt een revolutionaire uitvinding. Het verbond de wereld met informatie en stelde ons in staat om miljoenen foto's van schattige en knuffelige katten te delen. Maar internet zit ook vol met hackers die belangrijke of gevoelige informatie proberen te onderscheppen. Om terug te vechten, hebben natuurkundigen een oplossing bedacht, met een beetje hulp van Schrödinger's kat, de beroemde, hypothetische dood en levend katachtige die bedoeld is om de rare aard van subatomaire deeltjes bloot te leggen.
Die voorgestelde oplossing is een nieuw internet dat wordt geregeerd door de bizarre wereld van de kwantummechanica. Zo'n internet zou ooit de standaard kunnen worden voor het veilig verzenden, ontvangen en opslaan van gegevens.
In de klassieke computerwereld wordt informatie gerepresenteerd door bits met waarden van 0 of 1. Een quantuminternet zou, net als een quantumcomputer, profiteren van een van de fundamentele eigenschappen van de kwantummechanica, het superpositieprincipe. Dit principe wordt beroemd beschreven met behulp van de natuurkundige Erwin Schrödinger's paradox van een kat in een doos die tegelijkertijd dood en levend is. Quantumcomputers gebruiken quantumbits, of 'qubits', die kunnen bestaan in een superpositietoestand waarin ze tegelijkertijd een waarde van 1 en 0 hebben. Een qubit bestaat in deze staat van onzekerheid totdat deze wordt gemeten door een waarnemer, waardoor de qubit in een definitieve staat van 0 of 1 valt.
Als je twee of meer qubits aan elkaar koppelt, raken ze verstrikt. Quantumverstrengeling is de etherische verbinding tussen twee of meer deeltjes, zodat elke actie die op één wordt uitgevoerd, de andere onmiddellijk beïnvloedt, ongeacht hoe ver ze van elkaar verwijderd zijn. Albert Einstein noemde dit fenomeen 'spookachtige actie op afstand'. De echte magie van een quantum-internet zou beginnen wanneer informatie wordt verzonden met verstrengelde deeltjes, ook wel quantum-teleportatie genoemd.
"Quantumteleportatie is een manier om een onbekende kwantumtoestand van een deeltje naar een ander op een verre locatie over te dragen, zonder het originele deeltje zelf te sturen", Jian-Wei Pan, een professor in de natuurkunde aan de Universiteit van Wetenschap en Technologie van China in Hefei en co-auteur van de studie, zei in een interview met de National Science Review.
Omdat verstrengelde qubits in geen enkele vorm fysiek met elkaar zijn verbonden, is het onderscheppen van communicatie tussen hen onmogelijk.
Pan en zijn team hebben al laten zien hoe verstrengeling van lichtdeeltjes of fotonen over lange afstanden door de lege ruimte wordt veroorzaakt. In 2017 verstrengelde zijn team twee fotonen, gescheiden door 746 mijl (1.200 km), met behulp van een om de aarde draaiende satellietrelais genaamd Micius.
In de praktijk is verstrengeling een lastige onderneming. De kleinste verstoringen, zoals een verandering van temperatuur of trilling, kunnen de link tussen verstrengelde deeltjes verbreken en hun gedeelde toestand doen instorten. Om een echt quantuminternet te realiseren, zullen natuurkundigen de hulp van zogenaamde quantumherinneringen moeten inroepen.
"Quantumgeheugen is een apparaat dat kwantuminformatie opslaat. Moet de superpositie van twee staten opslaan", vertelde Xiao-Hui Bao, hoogleraar natuurkunde aan de Universiteit van Wetenschap en Technologie van China in Hefei en co-auteur van de studie. WordsSideKick.com.
Quantumherinneringen
In de studie, gepubliceerd op 12 februari in het tijdschrift Nature, slaagden Pan en zijn collega's erin om kwantumherinneringen te verstrikken over 50 km glasvezelkabel. Het vorige record van scheiding tussen herinneringen was 1,3 kilometer.
In het experiment van de nieuwe studie is het kwantumgeheugen een geheel van laser-gekoelde rubidiumatomen die in een vacuüm zijn gevangen, zei Bao. Het team gebruikte fotonen om te lezen en te schrijven naar de wolk van 100 miljoen gevangen atomen. Fotonen werden gebruikt om zowel de atomen in een hogere energietoestand te brengen, waardoor de qubits werden ingesteld die de onderzoekers wilden verstrikken, en een verstrengeld foton te produceren dat door de optische kabel werd gestuurd. De onderzoekers moesten vervolgens de frequentie van het foton wijzigen, zodat het niet verloren zou gaan in de 50 km lange glasvezelkabel die in hun laboratorium is opgerold. Ten slotte kon het foton tijdens zijn reis door de kabel worden gestuurd om het tweede kwantumgeheugen met succes te verstrikken.
Hoewel kwantumverstrengeling tussen de herinneringen is bereikt, moet het team nog kwantumteleportatie van informatie tussen de twee knooppunten uitvoeren. De onderzoekers zeiden dat ze hopen dat dit werk de weg zal effenen voor het creëren van een web van kwantumrelaystations die verstrengelde communicatie naar grotere afstanden zouden uitbreiden, en uiteindelijk leiden tot een grootschalig kwantumnetwerk.
