Onderzoekers hebben met succes kwantumteleportatie – de onmiddellijke overdracht van een kwantumtoestand – uitgevoerd via meer dan 30 kilometer actieve glasvezelkabel die regulier internetverkeer vervoert. Deze doorbraak, gepubliceerd in Optica in december 2024, demonstreert een pad naar integratie van kwantumcommunicatie in de bestaande infrastructuur.
Waarom dit belangrijk is
Kwantumteleportatie gaat niet over het overbrengen van mensen of gegevens op de manier waarop sciencefiction dit portretteert. In plaats daarvan gaat het om het overbrengen van de toestand van een kwantumdeeltje. Dit is om verschillende redenen cruciaal:
- Beveiligde communicatie: Quantum-netwerken bieden theoretisch onbreekbare codering.
- Distributed Computing: Het verbinden van kwantumcomputers zorgt voor een exponentieel snellere verwerking.
- Geavanceerde detectie: Nauwkeurige kwantummetingen kunnen een revolutie teweegbrengen op gebieden als de geneeskunde en de materiaalkunde.
De sleutel is dat dit gebeurde met behulp van echte internetlijnen, en niet met geïsoleerde laboratoriumopstellingen. Eerdere pogingen waren beperkt tot gecontroleerde omgevingen of simulaties.
De uitdaging van teleportatie in de echte wereld
Het belangrijkste obstakel is decoherentie – de neiging van kwantumtoestanden om in te storten in klassieke informatie als gevolg van interferentie uit de omgeving. Beschouw een delicate kwantumtoestand als een kwetsbaar stukje informatie dat gemakkelijk kan worden vernietigd door zelfs maar kleine verstoringen. Dit verzenden via een glasvezelkabel die zoemt met miljarden andere signalen (banktransacties, video’s, e-mails) is als proberen te fluisteren in een orkaan.
Prem Kumar van de Northwestern University en zijn team hebben dit overwonnen door:
- Strategische golflengteselectie: Het kiezen van specifieke lichtfrequenties om verstrooiing en interferentie te minimaliseren.
- Kanaalbeperking: Zorgvuldige controle van de route van het foton om ongewenste interacties te verminderen.
Zoals Kumar uitlegt: “We hebben zorgvuldig bestudeerd hoe licht wordt verstrooid en hebben onze fotonen op een oordeelkundig punt geplaatst waar dat verstrooiingsmechanisme tot een minimum wordt beperkt.”
Hoe het werkt (vereenvoudigd)
Kwantumteleportatie houdt niet in dat het eigenlijke deeltje wordt verplaatst. In plaats daarvan maakt het gebruik van kwantumverstrengeling – een spookachtige verbinding tussen twee deeltjes, ongeacht de afstand.
- De toestand van het oorspronkelijke deeltje wordt gemeten, waardoor het origineel wordt vernietigd.
- Die meting wordt (klassiek) naar de ontvangende kant verzonden.
- Het verstrengelde partnerdeeltje wordt vervolgens in dezelfde toestand gedwongen.
Dit is niet sneller dan licht reizen; Informatie reist nog steeds met de snelheid van het licht. Het maakt echter een veilige en onmiddellijke status -overdracht mogelijk.
De toekomst van kwantumnetwerken
Dit experiment is een grote stap in de richting van een kwantuminternet. De implicatie is dat we de bestaande infrastructuur niet hoeven te herzien om kwantumnetwerken te bouwen. Kwantum- en klassieke communicatie kunnen naast elkaar bestaan op dezelfde vezellijnen als de golflengten correct worden beheerd.
“Veel mensen hebben lang aangenomen dat niemand een gespecialiseerde infrastructuur zou bouwen om lichtdeeltjes te verzenden. Als we de golflengten goed kiezen, hoeven we geen nieuwe infrastructuur te bouwen. Klassieke communicatie en kwantumcommunicatie kunnen naast elkaar bestaan.” – Prem Kumar
Dit maakt een praktisch kwantuminternet veel haalbaarder, waardoor de ontwikkeling van technologieën die afhankelijk zijn van kwantumconnectiviteit wordt versneld. Het onderzoek suggereert dat het kwantuminternet niet langer een verre droom is, maar een snel naderende realiteit.
