Een internationaal onderzoeksteam onder leiding van QuTech heeft een netwerkverbinding gerealiseerd tussen quantumprocessoren over een grootstedelijke afstand. Hun resultaat is een belangrijke stap voorwaarts van de eerste onderzoeksnetwerken in het lab naar het toekomstige quantuminternet. Het team ontwikkelde volledig zelfstandig werkende knooppunten en integreerde deze met bestaande glasvezel internetkabels, waardoor een 25 km lange quantumverbinding mogelijk werd. De onderzoekers publiceerden hun bevindingen in Science Advances.
Een toekomstig quantuminternet zal het mogelijk maken om quantuminformatie (qubits) te delen via een nieuw type netwerk. Zulke qubits kunnen niet alleen de waarden 0 of 1 aannemen, maar ook superposities daarvan (0 en 1 tegelijkertijd). Bovendien kunnen qubits verstrengeld zijn, dat wil zeggen dat ze een quantumverbinding delen die instantane correlaties mogelijk maakt, ongeacht de afstand.
Over de hele wereld werken onderzoekers aan het bouwen van quantumnetwerken die gebruik maken van deze eigenschappen om, naast het huidige internet, fundamenteel nieuwe communicatie- en rekenmogelijkheden te verschaffen. Zo kunnen qubits bijvoorbeeld geheime encryptiesleutels genereren voor het veilig delen van financiële of medische gegevens. Quantumnetwerken kunnen ook quantumcomputers op verschillende plekken met elkaar verbinden, waardoor hun kracht toeneemt en gebruikers toegang kunnen krijgen met volledige privacy.
Een internationaal team onder leiding van Ronald Hanson van QuTech – een samenwerkingsverband tussen de TU Delft en TNO – is erin geslaagd om twee kleine quantumcomputers te verbinden tussen Delft en Den Haag. “De afstand waarover we quantumverstrengeling creëren in dit project, via 25 km bestaande ondergrondse glasvezelkabel, is een record voor quantumprocessoren,” zegt Hanson. “Dit is de eerste keer dat zulke quantumprocessoren in verschillende steden met elkaar verbonden zijn.”
Een paar jaar geleden presenteerde het team het eerste multi-node quantumnetwerk in het lab. “We werden geconfronteerd met nieuwe grote uitdagingen toen we van deze laboratoriumexperimenten naar de bouw van een quantumverbinding tussen steden gingen. We moesten een flexibel systeem ontwerpen waarbij de knooppunten onafhankelijk van elkaar kunnen werken over lange afstanden. Ook moesten we de invloed van fotonverlies op de verbindingssnelheid beperken. Tot slot moesten we zorgen voor een betrouwbare ontvangstbevestiging bij elke geslaagde verstrengeling. Zonder deze innovaties zou zo’n grote afstand niet mogelijk zijn geweest.”
Om de uitdaging van fotonverlies aan te gaan, bracht het team de quantumverbinding tot stand met behulp van een foton-efficiënt protocol dat een hele precieze stabilisatie van de verbindende vezelverbinding vereiste.
De architectuur en methoden zijn direct toepasbaar op andere qubit-platformen, inclusief de volgende generatie schaalbare qubits die het team momenteel ontwikkelt. Het succesvolle gebruik van al bestaande, conventionele internetinfrastructuur is het begin van een nieuwe fase op weg naar een praktisch quantuminternet.
emerce
08-11-2024 08:11