De TU Delft en haar Kavli Institute of Nanoscience hebben een subsidie van vijf miljoen dollar ontvangen van de Kavli Foundation voor de financiering van een onderzoeksproject om het quantumequivalent van telecommunicatie te ontwikkelen. Dit systeem zou een gestandaardiseerde signaaloverdracht mogelijk maken tussen quantumapparaten, vergelijkbaar met hoe het wereldwijde telecommunicatienetwerk ons tegenwoordig met elkaar verbindt en ons in staat stelt om informatie te delen via internet, telefoongesprekken en meer.
Klassieke computers verwerken bits, dat zijn kleine stukjes informatie waaruit gegevens bestaan, aangeduid met een 0 of een 1. Alles wat online wordt gedeeld bestaat uit bits, inclusief WhatsApp-berichten, foto’s en TikTok-video’s. Qubits, het equivalent van bits die worden gebruikt in quantumcomputers, hebben veel meer mogelijke toestanden, waardoor informatie in de computer complexer en sneller te verwerken is.
Nu quantumcomputers realiteit worden, ontstaat er een nieuw probleem. Er is geen algemene middel om quantuminformatie van qubits of quantumsensoren over te brengen naar het telecommunicatieweb dat de planeet omringt. Breedbandtransductie, het omzetten van informatie over een breed frequentiebereik, is essentieel voor onze samenleving.
Daarom hebben quantumfysici en biofysici van de Technische Universiteit Delft, QuTech en het Kavli Institute of Nanoscience Delft de krachten gebundeld om op zoek te gaan naar breedband quantumtransductie.
Huidige computers genereren informatie met een frequentie van een paar gigahertz, terwijl telecomsignalen duizend keer sneller trillen; met honderden terahertz. Maar qubits werken bijvoorbeeld bij relatief specifieke frequenties van vijf tot tien gigahertz. Dat betekent dat men een brug moeten vinden van het qubitbereik van een paar gigahertz naar het telecombereik van honderden gigahertz.
Quantummaterialen zoals grafeen en supergeleiders zouden weleens de sleutel kunnen zijn tot quantumtransductie, omdat hun gedrag voornamelijk wordt bepaald door quantumprocessen. Er zijn veel verschillende soorten quantumovergangen te vinden in quantummaterialen met het juiste energiebereik die we nodig hebben om quantumapparaten te verbinden met telecomfrequenties.
De nanobiologie kan ook oplossingen aanreiken. Verschillende soorten moleculen in het oog knikken om wanneer er licht op het oog valt. De knik veroorzaakt een kleine chemische verandering, die op zijn beurt een elektrische piek veroorzaakt die helemaal naar de hersenen toe gaat. Omdat zichtbaar licht in het terahertzbereik ligt, blijken deze moleculen al antennes te zijn voor terahertz-signalen.
Over vijf jaar hopen de wetenschappers ten minste één vorm van breedband quantumtransductie te kunnen demonstreren.