De race om een kwantuminternet te creëren.

Europa streeft naar de creatie van een nieuwe, veiligere netwerkinfrastructuur gebaseerd op kwantumfysica, die zou moeten voorkomen dat hackers informatie stelen.

Europa, China en de VS investeren in de ontwikkeling van kwantumcomputers en het kwantuminternet. Foto: metamorworks — Europa, China en de VS investeren in de ontwikkeling van kwantumcomputers en het kwantuminternet. Foto: *metamorworks*

In mei 2023 boekte dr. Benjamin Lanyon van de Universiteit van Innsbruck in Oostenrijk een belangrijke doorbraak in de ontwikkeling van een nieuw type internet. Hij verstuurde informatie via een 50 kilometer lange glasvezelkabel, gebruikmakend van de principes van de kwantumfysica. Informatie in de kwantumfysica verschilt van de binaire data-eenheid die door computers wordt opgeslagen en verwerkt, de kern van het huidige World Wide Web. De wereld van de kwantumfysica richt zich op de eigenschappen en interacties van moleculen, atomen en zelfs kleinere deeltjes zoals elektronen en fotonen. Kwantum bits, of qubits, bieden de mogelijkheid tot een nauwkeurigere informatieoverdracht, wat helpt om diefstal van informatie via netwerken te voorkomen.

Lanyon zegt dat zijn onderzoek het kwantuminternet binnen steden mogelijk zal maken, met als doel om het bereik vervolgens uit te breiden naar andere steden. Zijn doorbraak maakt deel uit van een onderzoeksproject van de Europese Unie (EU) dat gericht is op het dichterbij brengen van een kwantuminternet. Het project, genaamd de Quantum Internet Alliance (QIA), brengt talrijke onderzoeksinstellingen en bedrijven in heel Europa samen. De QIA heeft volgens Phys.org 25,5 miljoen dollar aan EU-subsidie ontvangen over een periode van 3,5 jaar, tot eind maart 2026.

"Het kwantuminternet zal het conventionele internet niet vervangen, maar er juist mee samensmelten," aldus Stephanie Wehner, hoogleraar kwantuminformatie aan de Technische Universiteit Delft en coördinator van het QIA.

Een sleutelbegrip in de kwantumfysica is kwantumverstrengeling. Als twee deeltjes verstrengeld zijn, zullen ze, ongeacht hun ruimtelijke afstand, vergelijkbare eigenschappen bezitten. Beide deeltjes zullen bijvoorbeeld dezelfde "spin" hebben, die de richting aangeeft van het intrinsieke impulsmoment van een fundamenteel deeltje. De spintoestand van een deeltje is pas duidelijk als deze wordt waargenomen. Daarvoor bestaan ze in verschillende toestanden die superposities worden genoemd. Maar zodra de spintoestand is waargenomen, is de toestand van beide deeltjes duidelijk gedefinieerd.

Dit is zeer nuttig voor veilige communicatie. Degenen die in het geheim kwantumdatatransmissies onderscheppen, laten een duidelijk spoor achter door veranderingen in de toestand van de waargenomen deeltjes te veroorzaken. "We kunnen de eigenschappen van kwantumverstrengeling gebruiken om een veilige communicatiemaatregel te bereiken, zelfs als de aanvaller over een kwantumcomputer beschikt", legt Wehner uit.

De veilige communicatiemogelijkheden van het kwantuminternet zouden een veel breder scala aan toepassingen mogelijk kunnen maken dan traditionele internetnetwerken. In de geneeskunde maakt kwantumverstrengeling bijvoorbeeld kloksynchronisatie en verbeterde operaties op afstand mogelijk. In de astronomie zouden telescopen die waarnemingen op afstand verrichten "het kwantuminternet kunnen gebruiken om verstrengeling tussen sensoren te creëren, wat veel betere beelden van de hemel oplevert", aldus Wehner.

De huidige uitdaging is het opschalen van het kwantuminternet om meerdere deeltjes over lange afstanden te kunnen gebruiken. Lanyon et al. demonstreerden ook communicatie niet alleen tussen individuele deeltjes, maar ook tussen deeltjesbundels (in dit geval fotonen), waardoor de verstrengelingssnelheid tussen kwantumknooppunten toeneemt. Het uiteindelijke doel is om kwantumknooppunten over grotere afstanden te laten reiken, mogelijk tot 500 km, en zo een soort kwantuminternet te creëren dat steden op grote afstand met elkaar kan verbinden, vergelijkbaar met traditionele internetnetwerken.

Buiten Europa hebben ook China en de VS de afgelopen jaren aanzienlijke vooruitgang geboekt op het gebied van kwantumcomputing en het kwantuminternet. Europa gaat nog een stap verder door een geïntegreerde ruimte- en aardse infrastructuur te ontwikkelen voor veilige communicatie, een essentieel onderdeel van het kwantuminternet.

An Khang (volgens Phys.org )

Bronlink