Stephanie Wehner quantumnetwerk-expert
Quantuminternet moet zo snel mogelijk voor iedereen beschikbaar zijn, vindt de Delftse hoogleraar Stephanie Wehner.
Stephanie Wehner: ‘Ik wil dat zoveel mogelijk mensen, zo snel mogelijk quantumnetwerken kunnen gebruiken.’ Foto Lars van den Brink
Een quantumnetwerk, of quantuminternet, verschilt van ons huis-, tuin- en keukeninternet en zou je bijvoorbeeld kunnen gebruiken om toekomstige quantumcomputers aan elkaar te koppelen of om verbindingen tot stand te brengen die onmogelijk afgeluisterd kunnen worden.
„Ik wil dat zoveel mogelijk mensen, zo snel mogelijk quantumnetwerken kunnen gebruiken – ook als ze geen quantumfysica-expert zijn”, zegt hoogleraar Stephanie Wehner, van het Delftse quantuminstituut QuTech. Op 19 september ontvangt ze de Körber European Science Prize van een miljoen euro voor haar werk aan quantumnetwerken en het toegankelijker maken ervan.
„Er zijn allerlei nuttige toepassingen denkbaar”, zegt Wehner. „Maar het meest enthousiast ben ik over de nieuwe manier van communiceren die het biedt. Ik ben heel benieuwd welke toepassingen dat gaat opleveren als we daar met zowel wetenschappers als mensen buiten het lab naar gaan kijken.”
De meeste quantumtechnologen komen uit de natuurkunde. Maar u werkte eerst bij een internetprovider, was ethisch hacker en studeerde informatica.
Wehner lacht. „Voor mij was het logisch. Ik ben al heel lang gefascineerd door communicatie in de breedste zin – zowel tussen mensen als binnen computernetwerken – omdat het ingewikkeld is. Daarom ging ik na de middelbare school in het technische team van XS4ALL werken aan klassieke communicatienetwerken: internetverbindingen. Ik deed daar leuke projecten. We hebben bijvoorbeeld in 1999 een versleutelde internetverbinding opgezet naar B92 in Belgrado, destijds het laatste onafhankelijke radiostation.
„Toen dit werk toch begon te vervelen, ging ik informatica studeren, met extra natuurkundevakken. Ik besefte dat als quantummechanica de wereld op het fundamentele niveau beschrijft, de ultieme vorm van communicatie dan quantumcommunicatie is. Dat fascineerde me. Het wordt echt interessant nu complexe en grootschalige quantumnetwerken technologisch bijna haalbaar zijn. Begin dit jaar werd er bijvoorbeeld een quantumverbinding tot stand gebracht tussen Delft en Den Haag.”
Waarvoor dient een quantumnetwerk?
„Er zijn twee mogelijkheden. Je kunt quantumberichten verzenden door zogeheten quantumbits, of qubits, te versturen. Klassieke bits, waarmee gewone computers en het internet werken, zijn nul of één. Een qubit kan door het quantummechanische verschijnsel superpositie tegelijk in een combinatie van nul en één verkeren. Daardoor hebben ze eigenschappen die gewone bits niet hebben. Je kunt qubits bijvoorbeeld niet kopiëren. Dat maakt afluisteren zinloos: elke poging valt onmiddellijk op, en verstoort de verbinding. Ook kun je met een quantumnetwerk aantonen dat bepaalde quantuminformatie verwijderd is. Dat is bijvoorbeeld nuttig als je persoonlijke gegevens, zoals medische data, deelt.
„Je kunt ook een verbinding leggen waarbij je geen qubits verstuurt, maar zogeheten verstrengeling tot stand brengt tussen twee knooppunten, met elk hun eigen qubits. Dat gebeurde bij de verbinding tussen Delft en Den Haag. Verstrengeling is een bijzondere band die twee qubits met elkaar delen. Het heeft twee karakteristieke eigenschappen. Allereerst kan verstrengeling niet gedeeld worden. Tussen de twee qubits bestaat dan een soort inherente privé-verbinding. Ook dat maakt quantumnetwerken geschikt voor bepaalde beveiligingstoepassingen.
„De andere eigenschap is dat het een mate van coördinatie mogelijk maakt die klassiek onmogelijk is. Als onze qubits verstrengeld zijn en we doen allebei een meting, dan zijn de resultaten die we vinden gecorreleerd. Meet ik bijvoorbeeld dat mijn qubit naar rechts wijst, dan zie jij dat ook, zelfs als we super ver bij elkaar vandaan zijn en dit niet vooraf afgestemd is. Dat maakt quantumnetwerken geschikt voor taken waarbij coördinatie belangrijk is, zoals samenwerking tussen telescopen.
„Een verstrengelingstoepassing die ik interessant vind, en waar ik aan werk is load balancing, waarbij bijvoorbeeld in het elektriciteitsnet de vraag van meerdere consumenten of apparaten op het aanbod afgestemd moet worden.”
Had een quantumnetwerk bijvoorbeeld het recente grote datalek van gegevens van het bevolkingsonderzoek kunnen voorkomen?
„Beveiliging van digitale informatie is extreem ingewikkeld. Ik denk dat volledige veiligheid niet bestaat. Je kunt informatie alleen beveiligen tegen bepaalde aanvallen. Dat geldt ook voor quantumbeveiliging. Als deze data over een quantumverbinding van het bevolkingsregister naar Clinical Diagnostiscs was gestuurd, dan was het onderweg beschermd geweest tegen afluisteren. In de toekomst zou quantumtechnologie misschien ook opgeslagen data kunnen beschermen tegen digitale hacks. Maar zelfs daarmee is het niet volledig veilig. Iemand in een datacentrum, bijvoorbeeld dat van Clinical Diagnostiscs, zou omgekocht kunnen worden om de informatie te kopiëren of overschrijven van een scherm. Er is geen digitale beveiliging – klassiek of quantum – die je tegen die menselijke factor beschermt.”
Zullen quantumnetwerken het gewone internet vervangen?
„Je kunt er ook gewone berichten mee sturen. Maar qubits versturen is nog lastig en het huidige internet is super geavanceerd. Daarom zullen quantumnetwerken voorlopig ernaast bestaan, voor specifieke toepassingen. Als ze in de verre toekomst wel even snel en geavanceerd zijn, dan kunnen we overstappen. Maar ik denk dat ik dat niet meer zal meemaken.”
Eerder dit jaar kwam uw onderzoeksgroep met QnodeOS, het eerste besturingssysteem voor het quantuminternet. Wat is het nut daarvan?
„Wat mij motiveert is de vertaling naar technologie buiten het natuurkundelab. Ik wil dat je geen quantumexpert hoeft te zijn om apps te programmeren en draaien op quantumnetwerken. Daarvoor heb je een besturingssysteem nodig, zoals Windows of MacOS voor gewone computers. Besturingssystemen vormen de softwarelaag tussen de hardware (quantumchips of computerchips) en computerprogramma’s of apps. QnodeOS maakt het ontwikkelen van apps voor quantumnetwerk – ongeacht de onderliggende hardware – toegankelijker.
„Als alleen quantumfysici deze apparaten kunnen programmeren, dan bepalen zij wat ermee gebeurt. Dat wil je niet. Bij het klassieke internet zijn de meeste leuke en nuttige toepassingen ontwikkeld door mensen die hun eigen problemen wilden oplossen of die er uit interesse mee speelden. Daarom vind ik het belangrijk om deze technologie zo snel mogelijk, zo breed mogelijk toegankelijk te maken.”
Op de hoogte van kleine ontdekkingen, wilde theorieën, onverwachte inzichten en alles daar tussenin
Source: NRC