211service.com
Kwantumverstrengeling van meer dan 30 mijl glasvezel heeft superveilig internet dichterbij gebracht
Een afbeelding van optische vezel Pixabay
Albert Einstein wilde er niets mee te maken hebben: hij bespotte het vreemde concept van kwantumverstrengeling als spookachtige actie op afstand. Maar honderd jaar later zou Einsteins bugbear kunnen helpen om een veiliger internet te creëren, dankzij de meest betrouwbare techniek tot nu toe voor het verstrengelen van knooppunten langs kilometerslange glasvezelkabel.
Met verstrengeling kan een object in een kwantumsuperpositie van meerdere toestanden worden geplaatst - zoals de kat van Schrödinger, zowel levend als dood tegelijk - en die superpositie kan worden gedeeld met een ander object. In theorie zullen deze objecten die verbinding behouden, zelfs als ze gescheiden zijn, zodat het meten van de ene de toestand van de andere onthult, hoe ver weg ook.
Dit is niet alleen interessant voor kwantumfysici. Een kwantuminternet zou ultraveilige communicatie van gevoelige berichten mogelijk maken. Een techniek is het versleutelen van een paar digitale sleutels, een technologie die bekend staat als de kwantumsleuteldistributie (QKD). Als twee mensen beide deze sleutels hebben, kunnen ze praten zonder bang te zijn dat ze worden bespied, omdat een afluisteraar de staat van de sleutels zou veranderen en ontdekt zou worden.
Maar QKD vertrouwt op het meten van de toestand van de kwantumgecodeerde sleutels, en aangezien die meting kan worden beïnvloed door omstandigheden in de verzendende en ontvangende apparaten, moet u hun exacte fysieke omstandigheden kennen. Dat kan onpraktisch zijn, omdat zelfs kleine fysieke fluctuaties de metingen kunnen verstoren.
Daarom zijn de eigenaardigheden van kwantumverstrengeling aangegrepen om de basis te vormen voor een nog betere aanpak. Verstrengeling is veel moeilijker uit te voeren, maar zou op de lange termijn een nuttiger kwantuminternet kunnen opleveren dan kwantumsleutels. Door knooppunten op een netwerk te verstrengelen, zet u een verbinding tot stand tussen de verstrengelde deeltjes die de apparaten zelf omzeilt, waardoor de onrealistische eis wordt vermeden dat u hun exacte staat kent.
In principe althans. In de praktijk vereist verstrengeling ook ideale omstandigheden. Quantumsystemen zijn gevoelig voor de kleinste verstoringen: een verandering in temperatuur of een kleine beweging kan alles in de war sturen. Een baanbrekend experiment in 2015 toonde aan dat kwantumverstrengeling werkte over een afstand van iets minder dan 1,3 kilometer. In de jaren daarna hebben onderzoekers verstrengelde deeltjes gescheiden door ze door optische vezels en zelfs naar een satelliet en terug te sturen. Maar de betrouwbaarheid was erg laag.
In een paper in Nature van vandaag beschrijven Pan Jian-Wei van de University of Science and Technology of China, in Hefei, en zijn collega's een experiment waarin ze aantonen verstrikking door meer dan 30 mijl vezel opgerold in een laboratorium, met minder transmissiefouten dan eerdere pogingen. Dat is een grote verbetering, zegt Pan, die wel eens de vader van het kwantum wordt genoemd.
De truc was om efficiënte manieren te vinden om twee deeltjes te verstrengelen. Het team gebruikte een atoom, dat bleef zitten, en een foton, dat door de vezel werd gestuurd. Ze ontdekten dat ze in staat waren om een verstrengeld paar knooppunten veel betrouwbaarder te creëren dan werd aangetoond in eerdere experimenten, inclusief degene die de mijl-benchmark instelde, die het met vijf orden van grootte versloeg.
Hoe belangrijk is dit resultaat? Het is leuk, maar lang niet zo groot als het klinkt, zegt Stephanie Wehner , een onderzoeker bij QuTech, een onderzoekscentrum voor kwantumcomputers en kwantuminternet in Delft, Nederland. Pan's team gebruikte 30 mijl opgerolde vezel, wat nog steeds een indrukwekkende mate van controle over het hele systeem vereist, maar het aantonen van verstrengeling tussen twee knooppunten op één locatie is veel gemakkelijker dan wanneer ze zijn eigenlijk 30 mijl uit elkaar.
Maar afstand is één ding. Het team van Pan beweert ook dat de opzet ervan betrouwbaarder is dan eerdere voorbeelden en dus een betere basis legt voor een echt kwantuminternet. Nadat hij de technieken met een opgerolde vezel heeft gedemonstreerd, denkt hij dat ze deze gemakkelijk kunnen uitbreiden om in een rechte lijn te werken. De methoden die in dit werk zijn ontwikkeld, kunnen in de nabije toekomst worden gebruikt om kwantumnetwerken tussen steden te bouwen, zegt hij.