Wetenschappers zijn er voor het eerst in geslaagd om een eenvoudig kwantumnetwerk te maken. Een enorme doorbraak.

Tegenwoordig gebruiken we om te communiceren al verschillende netwerken. Maar het bouwen van een netwerk waarbinnen kwantuminformatie wordt uitgewisseld, is een hele klus gebleken. Eén van de grote uitdagingen bij het creëren van zulke netwerken, is het maken van knooppunten die informatie kunnen ontvangen en versturen. En dat hobbeltje hebben onderzoekers van het Max Planck Institut für Quantenoptik nu genomen.

Fotonen
De onderzoekers hebben een heel eenvoudig kwantumnetwerk gebouwd dat bestaat uit twee ‘stations’ of ‘knooppunten’. Deze ‘stations’ zijn atomen die kwantuminformatie met behulp van fotonen uitwisselen. De onderzoekers beschrijven het netwerk in het blad Nature.

Netwerk
Om informatie uit te kunnen wisselen tussen een atoom en foton, moet er een sterke interactie tussen deze twee plaatsvinden. Dat is onmogelijk wanneer een atoom zich in een vrije ruimte bevindt en dus moest deze ‘opgesloten’ worden. De onderzoekers stopten het atoom in een trilholte. Deze holte bestaat uit twee spiegels die dicht bij elkaar staan. Wanneer een atoom een foton wegstuurt dan kan dit proces met behulp van deze holte heel nauwkeurig worden gecontroleerd. Wanneer een foton op zijn bestemming – in de holte – aankomt dan wordt deze door toedoen van de spiegels duizenden malen gereflecteerd. Hierdoor wordt de interactie tussen het atoom en de foton als het ware versterkt en kan de atoom de foton zeer efficiënt in zich opnemen.

Gelukt
De onderzoekers hebben lang onderzoek gedaan voor dit netwerk tot stand kon komen. Maar nu is het eerste kwantumnetwerk dan een feit. Het netwerk bestaat uit twee stations die zich op 21 meter afstand van elkaar bevinden. “We hebben het eerste prototype van een kwantumnetwerk gerealiseerd,” concludeert onderzoeker Stephan Ritter. “We hebben een omkeerbare uitwisseling van kwantuminformatie tussen de twee stations bewerkstelligd.” Maar daar blijft het niet bij. De onderzoekers hebben ook een kwantumverstrengeling tussen de twee stations weten te bewerkstelligen. Door zo’n verstrengeling worden de stations zo met elkaar verbonden dat hun eigenschappen nauw met elkaar komen samen te hangen. De staat van het ene deeltje is dan gelijk aan de staat van het andere. En als de staat van het andere deeltje wordt veranderd, dan verandert de staat van het ene deeltje ook. Ongeacht hoever de twee zich uit elkaar bevinden. Het is voor het eerst dat zo’n verstrengeling tussen twee massieve deeltjes met daartussen zo’n grote afstand gelukt is.

En dat alles mag een doorbraak genoemd worden. Een kwantumnetwerk biedt namelijk ongelofelijk grote mogelijkheden. “Verstrengeling van twee systemen die door een grote afstand van elkaar gescheiden worden, is een fascinerend fenomeen,” legt Ritter uit. “Het kan dienen als een uitgangspunt voor teleportatie van kwantuminformatie. Op een dag kan het wel eens mogelijk zijn om kwantuminformatie over hele grotere afstanden te communiceren en zelfs een heel kwantuminternet mogelijk te maken.” Een ander groot voordeel van een kwantumnetwerk is dat het vrijwel onmogelijk is om informatie ongezien te onderscheppen. Zodra iemand de informatie tussen twee stations in probeert te bemachtigen, verandert deze namelijk.