Doorbraak TU Delft in ontwikkeling superveilig quantuminternet

Aangepast
Delftse onderzoekers bij hun quantumexperiment TU Delft / Marieke de Lorijn

Internet kan veel veiliger worden door een doorbraak aan de TU Delft. Onderzoekers zijn erin geslaagd een zogenoemde quantumverbinding gebruiksklaar te maken voor het bouwen van netwerken. Dat is de basis van een nieuw en - als het goed is - niet te kraken internet. Ze publiceren hun onderzoek in het tijdschrift Nature.

De Delftse onderzoekers van QuTech, een onderzoekscentrum van de TU Delft en TNO, zijn in een spannende race verwikkeld om als eerste het quantuminternet te ontwikkelen. Bij dat soort internet kan een indringer onmogelijk het verkeer tussen twee gebruikers afluisteren zonder de verbinding te verstoren - en zonder dat de gebruikers dat merken.

"Met een quantuminternet zullen we dingen kunnen doen die met het huidige internet niet mogelijk zijn", zegt Ronald Hanson van QuTech. "Een van die dingen is een communicatie die zó veilig is dat die fundamenteel niet af te luisteren is."

Quantumverstrengeling lijkt met wat fantasie wel een beetje op teleportatie in Star Trek:

Deze browser wordt niet ondersteund voor het spelen van video. Update uw browser naar Internet Explorer 10 of hoger om video af te kunnen spelen.

Nederland krijgt misschien als eerste het internet van de toekomst

In 2015 publiceerden de Delftse wetenschappers al baanbrekend onderzoek. Ze toonden als eersten definitief aan dat er op afstand een onzichtbare verbinding kan bestaan tussen de allerkleinste deeltjes. Dat heet quantumverstrengeling. De onderzoekers leverden toen het bewijs dat die verstrengelingen echt bestaan.

Nu zijn ze zover dat die kennis ook praktisch toegepast kan worden. Het probleem was dat het veel tijd, soms wel een uur, kostte om een quantumverstrengeling tot stand te brengen. Met een nieuwe techniek is het QuTech gelukt om de aanmaak van zo'n verstrengeling sterk te versnellen.

"Wat ons nu voor het eerst is gelukt, is dat we die verstrengeling zo snel kunnen maken en zo lang vasthouden dat we het echt op afroep kunnen leveren", legt Hanson uit. "Dus je kunt een knop indrukken om over een halve seconde een verstrengelde verbinding te hebben, en die wordt dan met zekerheid geleverd."

Die snelheid en betrouwbaarheid maakt deze doorbraak zo belangrijk: die maken het mogelijk nieuwe verstrengelingen aan bestaande toe te voegen en zo een echt quantumnetwerk te bouwen.

Hoe werkt het?

De quantummechanica beschrijft de wetten die gelden in de wereld van de kleinste deeltjes, zoals atomen en (nog kleiner) elektronen. In dit onderzoek gebruikt het team twee elektronen die onder zeer koude temperaturen met een laser worden bestraald. De deeltjes zenden dan zelf een lichtdeeltje uit. Als die lichtdeeltjes elkaar raken, raken ook de twee elektronen met elkaar verstrengeld.

De onzichtbare verbinding tussen de elektronen blijft als de laser uitgaat bestaan, in theorie eeuwig, totdat je probeert de toestand van een van de twee te lezen. Dan houdt de verstrengeling op te bestaan en is er weer een lichtbestraling nodig om een nieuwe verbinding tot stand te brengen.

De wisselwerking tussen deeltjes die verstrengeld en dan weer niet verstrengeld zijn, is essentieel voor het quantuminternet.

Deze browser wordt niet ondersteund voor het spelen van video. Update uw browser naar Internet Explorer 10 of hoger om video af te kunnen spelen.

Hoe werkt quantumverstrengeling?

Concreet lukte het de onderzoekers om deeltjes veertig keer per seconde te verstrengelen over een afstand van 2 meter. Die lengte is niet van belang, benadrukken ze. 2 meter was de grootte van de experimenttafel. Het had ook 10 centimeter of 1 kilometer kunnen zijn.

Volgens het Delftse team maakt die snelheid de verbinding betrouwbaar genoeg om het quantuminternet mogelijk te maken. Hanson: "Als je een quantuminternet wil bouwen, is het essentieel om betrouwbare verbindingen te hebben. Dan kun je niet hebben dat de verbinding af en toe wordt gemaakt en meteen weer verdwijnt."

Extreem krachtige koelkastjes

QuTech wil tegen 2020 zo ver zijn dat het het eerste (weliswaar experimentele) quantuminternet ter wereld heeft. Maar ze hebben concurrentie van Harvard-MIT in de VS en een lab in China, dus de onderzoekers verwachten een spannende strijd.

QuTech wil in eerste instantie een quantuminternetverbinding maken tussen vier steden in de Randstad: Delft, Leiden, Amsterdam en Den Haag. In elke stad zullen speciale, extreem krachtige koelkastjes worden neergezet waarin elektronen met elkaar verstrengeld kunnen worden. Die bakjes kunnen op het gewone glasvezelnetwerk worden aangesloten. Via de glasvezel worden vervolgens de lichtsignalen verstuurd die de verstrengeling mogelijk maken.