In een baanbrekende vooruitgang voor de kwantumcomputing en communicatie heeft een team van ingenieurs van de Northwestern University in de Verenigde Staten succesvol een qubit quantumteleportatie uitgevoerd over een afstand van 30 kilometer met behulp van glasvezelkabels die worden gebruikt in de huidige internetnetwerken. Deze prestatie, gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Optica, markeert een belangrijke mijlpaal in de ontwikkeling van een toegankelijkere en efficiëntere infrastructuur voor toekomstige kwantumnetwerken.
Belangrijke voordelen voor communicatie
Het experiment wordt gekenmerkt door twee grote voordelen:
- Toegankelijke infrastructuur: Door gebruik te maken van standaard glasvezelkabels wordt de noodzaak van het bouwen van exclusieve netwerken voor kwantumcomputers vermeden, waardoor de kosten en complexiteit van de implementatie verminderd worden.
- Snellere snelheden: Dankzij kwantumverstrengeling kunnen gegevens onmiddellijk over lange afstanden worden overgebracht zonder fysiek het hele circuit te moeten doorkruisen, waardoor traditionele communicatiebarrières worden doorbroken.
Prem Kumar, professor in kwantumengineering aan de Northwestern University en projectleider, uitte zijn enthousiasme door de prestatie te beschrijven als iets dat “niemand voor mogelijk hield”. Volgens Kumar, brengt deze vooruitgang kwantumcommunicatie naar een nieuw niveau doordat het klassieke en kwantumnetwerken toestaat om een gedeelde infrastructuur te gebruiken.
Hoe werkt quantumteleportatie?
Quantumteleportatie maakt gebruik van het principe van kwantumverstrengeling, waarbij twee deeltjes verbonden zijn ongeacht de afstand tussen hen. Dit maakt het mogelijk om informatie uit te wisselen zonder de fysieke overdracht van de deeltjes. Volgens Kumar, “wordt quantumteleportatie alleen beperkt door de snelheid van het licht”, wat de weg zou kunnen effenen voor bijna onmiddellijke communicatie in de toekomst.
In deze context worden individuele fotonen, die essentieel zijn voor de overdracht van kwantuminformatie, geconfronteerd met significante uitdagingen. Tot nu toe werd gedacht dat deze fotonen gemakkelijk verstoord zouden kunnen worden door het reguliere verkeer van miljoenen lichtdeeltjes die worden gebruikt in de klassieke internetcommunicatie. Het team van Kumar vond echter een minder drukke golflengte voor de fotonen en maakte gebruik van speciale filters om het ruis te verminderen.
Het bewijs van succes
Tijdens het experiment stuurden de onderzoekers tegelijkertijd kwantuminformatie en conventioneel internetverkeer door een 30 kilometer lange glasvezelkabel. Aan het einde bevestigden ze dat de kwantuminformatie succesvol werd overgebracht ondanks het intense verkeer. Dit vertegenwoordigt een cruciale stap in de richting van de integratie van kwantumcommunicatie in de huidige infrastructuren.
Uitdagingen en de toekomst van kwantumnetwerken
Hoewel de vooruitgang veelbelovend is, blijven er technische uitdagingen bestaan. Volgens Carlos SabÃn, een onderzoeker van de afdeling Theoretische Fysica aan de Autonome Universiteit van Madrid, komt “10% van de geteleporteerde informatie niet aan op zijn bestemming”, wat weerspiegelt dat deze technologieën nog in een vroege fase zijn.
Desondanks plannen de onderzoekers al om de experimenten uit te breiden naar grotere afstanden, met gebruik van ondergrondse kabels en nieuwe strategieën om de efficiëntie te verbeteren en de foutpercentages te verminderen.
Een stap in de richting van de volgende generatie communicatie
Deze vooruitgang vertegenwoordigt een belangrijke stap voorwaarts in de constructie van functionele kwantumnetwerken. Hoewel het absolute record voor quantumteleportatie nog steeds 1.400 kilometer is (bereikt vanuit de ruimte met de satelliet Micius), markeert het experiment van Kumar een praktische richting voor het integreren van kwantumtechnologie in de echte wereld.
Quantumteleportatie staat ons niet toe om de snelheid van het licht te overtreffen, maar revolutioneert de manier waarop we informatie overdragen. Met een aanzienlijk potentieel om sectoren zoals cryptografie, computing en wereldwijde communicatie te transformeren, belooft de toekomst van kwantumnetwerken opwindend en transformerend te zijn.