Delftse wetenschappers realiseren als eersten ‘on demand’ quantum-verstrengeling
[cid:image003.jpg@01D40349.046D87D0]Onderzoekers van QuTech in Delft zijn er in
geslaagd om quantum-verstrengeling tussen twee quantumchips sneller te
genereren dan dat die verstrengeling verloren gaat. Verstrengeling - door
Einstein ooit omschreven als spooky action – is het fenomeen dat bij een
(toekomstig) quantum-internet voor kracht en fundamentele veiligheid zal
zorgen. Via een nieuw, slim verstrengelings-protocol en zorgvuldige bescherming
van die verstrengeling, zijn de onderzoekers, geleid door prof. Ronald Hanson,
de eersten ter wereld die een dergelijke quantum-link ‘on demand’ kunnen
leveren. Dit opent de deur naar het verbinden van meerdere quantum nodes en
daarmee naar het eerste echte quantum-netwerk ter wereld. Ze publiceren hun
resultaten op 14 juni in Nature.
Quantum-internet
Door het toepassen van quantum-verstrengeling is het theoretisch mogelijk om
een quantum-internet te bouwen dat niet valt af te luisteren. Maar het maken
van zo’n quantum-netwerk is een hele uitdaging: je moet ‘on demand’ een
betrouwbare verstrengeling kunnen creëren en deze lang genoeg in stand kunnen
houden om de verstrengelde informatie naar de volgende knooppunt van het
netwerk te kunnen sturen. Tot dusver lag dit buiten bereik van
quantum-experimenten.
Wetenschappers bij QuTech in Delft zijn nu de eersten die experimenteel
verstrengeling over een afstand van twee meter hebben gegenereerd binnen een
fractie van een seconde en 'on demand'; ze weten deze verstrengeling vervolgens
ook lang genoeg in stand te houden dat die (in theorie) verder gestuurd kan
worden naar een derde node. ‘De uitdaging is nu om een netwerk te maken van
meerdere verstrengelde knooppunten: de eerste versie van een quantum-internet’,
stelt professor Hanson.
Hogere prestatie
In 2015 haalde de onderzoeksgroep van Ronald Hanson al het wereldnieuws: ze
waren de eersten die quantum-verstrengeling tussen elektronen genereerden over
een lange afstand (1,3 kilometer), waardoor ze het experimenteel bewijs konden
leveren van quantum-verstrengeling. Dat experiment is de basis van hun huidige
aanpak om een quantum-internet te ontwikkelen: individuele elektronen op
afstand in diamant-chips worden verstrengeld, met lichtdeeltjes als
‘tussenpersonen’.
Tot nu toe leverde dit experiment echter nog niet de noodzakelijke prestaties
om een echt quantum-netwerk te maken. Hanson: 'In 2015 konden we eens per uur
een verbinding creëren, terwijl die verbinding maar een fractie van een seconde
in stand bleef. Het was dus onmogelijk om een derde node aan het netwerk toe te
voegen, laat staan meerdere.’
Verstrengeling ‘on demand’
De wetenschappers hebben nu meerdere innovaties aangebracht in het experiment.
Ten eerste laten ze een nieuwe verstrengelingsmethode zien. Hiermee is het
mogelijk om veertig keer per seconde verstrengeling te genereren tussen
elektronen op een afstand van twee meter. Peter Humphreys, een van de auteurs
van de publicatie, benadrukt: 'Dit is duizend maal sneller dan met de oude
methode.’ In combinatie met een slimme manier om de quantum-link te beschermen
tegen externe ruis, is het experiment daarmee over een cruciale drempel heen:
voor het eerst kan verstrengeling sneller worden gecreëerd dan deze weer
verloren gaat.
Door technische verbeteringen kan met de experimentele setup nu altijd
'verstrengeling-on-demand' worden geleverd. Hanson: 'Net als in het huidige
internet, willen we altijd online zijn; het systeem moet op ieder verzoek
verstrengelen.’ De wetenschappers hebben dit bereikt door slimme quality
checks toe te voegen. Humphreys: 'Deze checks nemen maar een fractie in beslag
van de totale tijd van het experiment, en maken het mogelijk om zeker te
stellen dat ons systeem klaar is voor verstrengeling, zonder handmatige actie'.
Netwerken
De onderzoekers lieten vorig jaar al zien dat ze in staat zijn om een
quantum-verstrengelde link in stand te houden terwijl een nieuwe verbinding
werd gegenereerd. Door dit te combineren met hun nieuwe resultaten, kunnen ze
quantum-netwerken met meer dan twee knooppunten maken. De Delftse
wetenschappers willen dit nu dan ook realiseren. Hanson:’ We willen vier steden
in Nederland in 2020 verbonden hebben via quantum-verstrengeling. Dit zou het
eerste quantum-internet ter wereld zijn.’
Noot voor de redactie:
Het onderzoek wordt toegelicht in deze vrij bruikbare
animatie<https://youtu.be/dirJgGTb2Ws>. Bijgevoegde artist impression van een
toekomstig quantum-netwerk is rechtenvrij te gebruiken, credit: TU Delft/Scixel.
Publicatie:
Deterministic delivery of remote entanglement on a quantum network, Nature 14
juni 2018
Peter C. Humphreys,1, 2 Norbert Kalb,1, 2 Jaco P. J. Morits,2 Raymond N.
Schouten,2 Raymond F. L. Vermeulen,2 Daniel J. Twitchen,3 Matthew Markham,3 and
Ronald Hanson2
1Deze auteurs droegen gelijkwaardig bij aan de publicatie.
2QuTech & Kavli Institute of Nanoscience, TU Delft, Postbus 5046, 2600 GA Delft
3Element Six Innovation, Fermi Avenue, Didcot, Oxfordshire OX11 0QE, U.K.
Contact:
Prof. dr. ir. Ronald Hanson
QuTech, TU Delft
Lorentzweg 1, 2628 CJ Delft
R.Hanson@xxxxxxxxxx<mailto:R.Hanson@xxxxxxxxxx>
Tel: 015-2786133
U ontvangt dit bericht via de PWC-medialijst. U kunt zich afmelden via
www.platformwetenschapscommunicatie.nl<file://www.platformwetenschapscommunicatie.nl>.
Dit bericht is afkomstig van de TU Delft, Communication, Postbus 5, 2600 AA
Delft, www.tudelft.nl<http://www.tudelft.nl/>.