Meerdere mensen die complexe informatie delen die ook nog eens onmogelijk te onderscheppen is. Dankzij Leids onderzoek is het mogelijk!

Het is Leidse natuurkundigen voor het eerst gelukt om vier fotonen te verstrengelen in hun baanimpulsmoment. Een echte doorbraak. Tot nu was dit namelijk alleen mogelijk met twee fotonen. Het onderzoek van de Leidenaren is belangrijk. Het kan wel eens leiden tot niet te kraken communicatie tussen meerdere personen.

Hoe zit het precies?
Om twee fotonen te verstrengelen, moeten ze tegelijkertijd gecreëerd worden. Wanneer twee fotonen tegelijk worden gecreëerd zijn ze elkaar spiegelbeeld. De draaiing (dat noemen onderzoekers baanimpulsmoment) van het ene foton is in vergelijking met de draaiing van het andere foton altijd omgekeerd. Als onderzoekers bij het ene foton een draaiing naar links meten, zullen ze bij het andere foton altijd een draaiing naar rechts meten. Dat noemen we ‘verstrengeling’.

Meer informatie
De ‘draaiing’ is een eigenschap van fotonen die in 1992 werd ontdekt. En wat zo veelbelovend is, is dat deze eigenschap meer dan twee mogelijke waardes heeft. Baanimpulsmoment beslaat een oneindig groot ‘alfabet’ aan informatie. Het betekent heel concreet dat je met deze eigenschap van het foton veel meer informatie kunt overdragen dan momenteel met andere eigenschappen van het foton mogelijk is. Momenteel communiceren onze computers met lichtsignalen (fotonen) via glasvezels. En dat lichtsignaal is als een morse-code: aan-uit, aan-uit, wat overeenkomt met de waarde 0 of 1 van een bit. Middels de ‘draaiing’ van fotonen kan dus veel meer informatie worden overgedragen dan met de polarisatie van fotonen die maar twee mogelijke waardes heeft.

Vier verstrengelde fotonen ontstaan nadat onderzoekers laserpulsen door een kristal jagen.

Vier verstrengelde fotonen ontstaan nadat onderzoekers laserpulsen door een kristal jagen.

Vier fotonen
In 2001 lukte het onderzoekers om twee fotonen met elkaar te verstrengelen. Maar nu zijn wetenschappers nog een stap verder gegaan en hebben vier fotonen verstrengeld. Om vier fotonen te kunnen verstrengelen, stuurden de onderzoekers korte ultraviolet laserpulsen van twee picoseconde (een biljoenste van een seconde) door een kristal. Af en toe resulteerde dat in vier verstrengelde fotonen. Dat is een zeldzame gebeurtenis. Maar door 80 miljoen pulsen per seconde te genereren, wisten de onderzoekers toch elke seconde gemiddeld twee fotonviertallen te detecteren. Het werk van de onderzoekers biedt mogelijkheden! Zo is het dankzij deze doorbraak in principe mogelijk om een niet te kraken boodschap aan meer dan één partij te versturen. Dat komt doordat informatie niet fysiek van foton A naar foton B reist en dus niet onderschept kan worden.

Nog meer?
Voor nu is het onderzoekers dus gelukt om vier fotonen met elkaar te verstrengelen. We vroegen onderzoeker Wolfgang Löffler of het mogelijk is om nog een stapje erbij te doen en nog meer fotonen met elkaar te verstrengelen. “Dat hoop ik wel,” zo vertelt hij aan Scientias.nl. “We hebben betere kristallen nodig en krachtigere lasers, maar in principe is dat geen probleem.”

Op de vraag wanneer we de toepassingen van dit onderzoek – onkraakbare informatieuitwisseling tussen meerdere personen – mogen verwachten, moet hij het antwoord schuldig blijven. “Dat is lastig te voorspellen, er wordt momenteel veel onderzoek gedaan naar klassieke communicatie met licht met baanimpulsmoment. Ik verwacht, als er commercieel bruikbare apparatuur om dit licht te verwerken ontwikkeld is, ook kwantumcryptografie zal worden getest. Ik zie er vooralsnog veel fundamentele doelstellingen, maar ik hoop dat wij tegelijkertijd ook toegepaste, bruikbare technologieën gaan ontdekken.”