Chinese onderzoekers zijn een stap dichter bij een toekomstig quantuminternet gekomen, een futuristisch netwerk waarmee gebruikers onkraakbare informatie kunnen uitwisselen, flitshandel kunnen bedrijven en datacenters efficiënter kunnen maken. ‘De eerste toepassingen komen steeds dichterbij.’
is wetenschapsredacteur voor de Volkskrant. Hij schrijft over sterrenkunde, natuurkunde en ruimtevaart.
100 kilometer, grofweg de afstand van Leiden naar Den Helder: dat is de lengte waarover Chinese fysici een stabiele quantumverbinding hebben aangelegd en gebruikt. Dat meldden ze onlangs in het vakblad Science.
‘Dit is een heel goed resultaat’, reageert fysicus Ronald Hanson van de TU Delft, die zelf in 2024 de eerste verbindingen legde voor een werkend quantuminternet in de Randstad, tussen Den Haag, Rijswijk en Delft. ‘Ze hebben alle bekende trucs om dit soort verbindingen stabiel te maken toegepast en dat heeft geleid tot een heel hoge betrouwbaarheid van de verbinding. Ze doen geen fundamenteel nieuwe dingen, maar laten zien wat op dit moment het allerbeste is dat je met deze technologie kunt bereiken.’
Dat is dan ook precies de fase waarin het onderzoek naar quantuminternet zich bevindt: die van opschalen en verbeteren. ‘Iedereen werkt nu aan opstellingen op metropolische schaal, zoals we dat noemen’, zegt Hanson, en voegt lachend toe: ‘Al hangt het natuurlijk een beetje af van welke metropool je bedoelt.’ In de praktijk gaat het meestal om enkele tientallen kilometers.
Waar Hanson bij zijn testopstelling in 2024 nog informatie verzond over het glasvezelnetwerk van KPN, bereiken de Chinezen hun resultaat via een opgerolde glasvezel, in het lab. De fysici gebruikten hun opstelling voor ‘quantum key distribution’, een protocol voor onkraakbare communicatie.
De basis voor het quantuminternet is het afgelopen decennium gelegd door pioniers als Hanson en zijn Chinese concurrent Jian-Wei Pan, wiens groep verantwoordelijk is voor dit nieuwste resultaat. Samen met een derde groep, van de Amerikaanse Harvard-universiteit, lopen ze vooraan in de race om het eerste grootschalige quantuminternetsysteem te bouwen.
Quantuminternet is ooit bedacht als tegenhanger van het klassieke internet, als netwerk waarmee je quantumcomputers met elkaar verbindt. Aan die quantumcomputers werken techgiganten als Google, IBM en Microsoft, en daarbij boeken ze al eerste successen: rudimentaire quantumcomputers bestaan al en voeren daadwerkelijk berekeningen uit, maar doen in dit stadium nog niets nuttigs. De belofte is echter groot. Kenners dromen dat quantumcomputers medicijnen zullen ontwikkelen die zijn toegespitst op een individu, of nieuwe materialen die een energierevolutie kunnen ontketenen.
Reden is dat quantumcomputers heel anders rekenen dan gewone computers. In plaats van bits, de nullen en enen van informatie, gebruiken ze ‘qubits’, die zowel ‘0’ als ‘1’ tegelijk kunnen zijn, een gevolg van het onnavolgbare gedrag van de werkelijkheid op het allerkleinste niveau. Daardoor zouden deze computers voor bepaalde toepassingen veel sneller moeten kunnen rekenen dan traditionele computers.
Zulke qubits zijn vluchtig: meet ze, en de quantuminformatie verdampt. Omdat het ‘gewone’ internet dat continu doet, onder meer om het signaal te kopiëren en versterken, is voor quantuminternet een nieuwe technologie nodig.
Fysici werken aan systemen die op details verschillen. De ene onderzoeksgroep slaat de informatie voor verzenden bijvoorbeeld op in gaatjes in diamantstructuren, de andere in zogeheten vacuümkamers. Allemaal werken ze wel toe naar hetzelfde doel: opschalen naar meer dan 1 qubit.
‘We moeten gaan multiplexen’, zegt Hanson, verwijzend naar een quantuminternetsysteem waarbij er verbindingen worden gemaakt met veel meer qubits.
Een systeem als de Chinezen nu presenteren is zover nog niet. Bovendien is het de vraag hoe het systeem werkt zonder de trucjes die ze nu konden toepassen omdat ze hun opstelling op één locatie hadden staan.
Als een van de groepen zulke horden weet te nemen, staan de eerste toepassingen al snel voor de deur, denkt Hanson. ‘Het klassieke idee van quantuminternet, waarbij je quantumcomputers of quantumsensoren verbindt in analogie met het gewone internet, dat is nog wel een jaar of tien weg. Maar op kortere termijn zijn met dit soort verbindingen al andere dingen mogelijk.’
Die toepassingen leunen allemaal op een andere gekke eigenschap van de werkelijkheid op het kleinste niveau. Zo weten fysici al decennialang dat deeltjes, en dus ook qubits, verstrengeld kunnen raken. Die spookachtige verbinding leidt ertoe dat als je een meting doet aan één qubit dit ook direct invloed heeft op de ander. Zelfs als de ene zich in Leiden bevindt en de andere in Den Helder.
Gebruik je die eigenschap op een slimme manier, dan kun je winst pakken, al benadrukt Hanson dat je ook hiermee nooit sneller dan het licht kunt communiceren. ‘De winst zit in het feit dat je efficiënter kunt coördineren’, zegt hij. Het effect schaalt met de afstand: hoe langer de verbinding, hoe groter de relatieve tijdswinst. Op zeer korte afstanden, zoals bij de verbindingen tussen bits op een computerchip, is geen kans op winst, maar op grotere afstanden kan de gewonnen tijd nét cruciaal blijken.
‘Je kunt denken aan toepassingen zoals flitshandel’, zegt Hanson, waarbij handelaren speculeren op aandelenkoersen en deze in een fractie van een seconde aanschaffen en weer verkopen. ‘Ook biedt dit wellicht voordeel in grote datacenters’, zegt hij. Die verbruiken in dat geval minder energie dan zonder deze efficiëntieslag. ‘Onze huidige systemen zijn daar nu nog niet snel genoeg voor, maar het is op papier goed mogelijk dat we daarbij in de buurt gaan komen.’
Alles over wetenschap vindt u hier.
Geselecteerd door de redactie
Source: Volkskrant