De race om een kwantuminternet te creëren

Europa streeft naar een nieuwe, veiligere netwerkinfrastructuur op basis van kwantumfysica, waarmee hackers minder snel informatie kunnen stelen.

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

In mei 2023 zette Dr. Benjamin Lanyon van de Universiteit van Innsbruck in Oostenrijk een belangrijke stap in de richting van een nieuw soort internet. Hij verzond informatie via een 50 kilometer lange glasvezelkabel, gebruikmakend van de principes van de kwantumfysica. Informatie in de kwantumfysica verschilt van de binaire getallen die computers opslaan en verwerken, de kern van het huidige wereldwijde web. De wereld van de kwantumfysica richt zich op de eigenschappen en interacties van moleculen, atomen en zelfs kleinere deeltjes zoals elektronen en fotonen. Kwantumbits, of qubits, bieden de mogelijkheid tot een nauwkeurigere informatieoverdracht, wat cyberdiefstal helpt voorkomen.

Lanyon zei dat zijn onderzoek het quantuminternet binnen steden, en uiteindelijk tussen steden, mogelijk zal maken. Zijn doorbraak maakt deel uit van een onderzoeksproject van de Europese Unie (EU) om een quantuminternet dichterbij te brengen. Het project, genaamd de Quantum Internet Alliance (QIA), brengt onderzoeksinstituten en bedrijven in heel Europa samen. QIA heeft $ 25,5 miljoen aan financiering van de EU ontvangen voor een periode van 3,5 jaar, tot eind maart 2026, aldus Phys.org .

"Het quantuminternet zal het conventionele internet niet vervangen, maar juist aanvullen", aldus Stephanie Wehner, hoogleraar quantuminformatie aan de Technische Universiteit Delft en coördinator van de QIA.

Een belangrijk concept in de kwantumfysica is kwantumverstrengeling. Als twee deeltjes verstrengeld zijn, ongeacht hoe ver ze zich in de ruimte van elkaar bevinden, bezitten ze nog steeds vergelijkbare eigenschappen. Ze hebben bijvoorbeeld allebei dezelfde 'spin', wat de richting van het intrinsieke impulsmoment van een elementair deeltje weergeeft. De spintoestand van een deeltje is niet duidelijk totdat het wordt waargenomen. Daarvoor bevinden ze zich in verschillende toestanden, superposities genaamd. Maar zodra ze zijn waargenomen, zijn de toestanden van beide deeltjes duidelijk gedefinieerd.

Dit is nuttig voor veilige communicatie. Degenen die kwantumtransmissies onderscheppen, laten een duidelijk spoor achter door veranderingen aan te brengen in de toestand van het waargenomen deeltje. "We kunnen de eigenschappen van kwantumverstrengeling gebruiken om veilige communicatie te realiseren, zelfs als de aanvaller een kwantumcomputer heeft", legt Wehner uit.

De veilige communicatiemogelijkheden van een kwantuminternet zouden een veel breder scala aan toepassingen kunnen bieden dan het traditionele internet. In de geneeskunde zou kwantumverstrengeling bijvoorbeeld kloksynchronisatie mogelijk kunnen maken, wat chirurgie op afstand zou verbeteren. In de astronomie zouden telescopen die langeafstandswaarnemingen doen "het kwantuminternet kunnen gebruiken om verstrengeling tussen sensoren te creëren, wat beelden van de hemel van veel betere kwaliteit oplevert", aldus Wehner.

De uitdaging is nu om het kwantuminternet op te schalen om veel deeltjes over grote afstanden te kunnen gebruiken. Lanyon en zijn collega's hebben aangetoond dat er niet alleen communicatie is tussen individuele deeltjes, maar ook tussen bundels deeltjes (in dit geval fotonen), waardoor de verstrengeling tussen kwantumknooppunten toeneemt. Het uiteindelijke doel is om kwantumknooppunten uit te breiden naar grotere afstanden, misschien wel 500 kilometer, en zo een kwantuminternet te creëren dat afgelegen steden met elkaar kan verbinden, vergelijkbaar met het traditionele internet.

Buiten Europa hebben China en de VS de afgelopen jaren ook grote stappen gezet op het gebied van quantum computing en het internet. Europa is verder gevorderd met de ontwikkeling van geïntegreerde ruimte- en grondinfrastructuur voor veilige communicatie, een essentieel onderdeel van het quantuminternet.

An Khang (volgens Phys.org )

Bronlink