QuTech onderzoekers presenteren roadmap voor quantum internet

Nieuws - 18 oktober 2018 - Webredactie Communication

Het is wellicht de eerste quantumtechnologie die realiteit wordt: het quantum-internet. Onderzoekers van QuTech in Delft publiceerden vandaag in Science een gedetailleerde roadmap voor de ontwikkeling van dat quantum-internet. Ze beschrijven zes stadia, startend met simpele netwerken van qubits waarmee al een vorm van inherent veilige quantumcommunicatie mogelijk is. De verwachting is dat dat op redelijk korte termijn gerealiseerd kan worden. In het laatste stadium zijn er netwerken van quantumcomputers die via quantumtechnologie met elkaar verbonden zijn. Voor elk stadium beschrijven de onderzoekers nieuwe mogelijke toepassingen, zoals extreem nauwkeurige kloksynchronisatie of het integreren van verschillende telescopen op aarde in een virtuele ‘supertelescoop’. Doel van de roadmap is ook om een gezamenlijke taal te ontwikkelen voor dit nieuwe vakgebied om zo het onderzoek te stimuleren.

Een quantum-internet zou een revolutie kunnen betekenen binnen de communicatietechnologie, door gebruik te maken van bijzondere quantumfenomenen zoals verstrengeling. Onderzoekers werken wereldwijd aan technologie waarmee ze quantumbits kunnen uitwisselen tussen twee punten op aarde. Zulke quantumbits kunnen de waardes ‘1’ en ‘0’ hebben zoals klassieke bits, maar ook allebei tegelijk. En ze kunnen worden ‘verstrengeld’: hun toestanden zijn dan verbonden, zodat een meting op een van de twee onmiddellijk effect heeft op de ander. 

Een quantuminternet heeft hierdoor unieke eigenschappen die altijd buiten bereik zullen zijn van het klassieke internet. De eerste is dat met verstrengeling activiteiten op twee veraf gelegen plekken heel nauwkeurig zijn te coördineren. Hiermee kunnen klokken heel nauwkeurig gesynchroniseerd worden en waarnemingen van telescopen virtueel verbonden worden zodat astronomen veel scherpere beelden krijgen. De tweede eigenschap is dat quantumverbindingen inherent beveiligd zijn. Als twee qubits volledig zijn verstrengeld, dan is het fundamenteel onmogelijk die verbinding af te luisteren. Dat maakt verstrengeling uitermate geschikt voor toepassingen die beveiliging en privacy vereisen.

Op dit moment zijn er al veel mogelijke toepassingen van een quantum-internet bekend, en de verwachting is dat er nog vele bijkomen zodra zulke netwerken operationeel zijn. Onderzoekers van QuTech, een samenwerking tussen de TU Delft en TNO, schetsen in deze publicatie de stadia van ontwikkeling en geven aan welke technische vereisten er per stadium zijn en welke toepassingen die mogelijk maken.

Bij het eerste stadium van een daadwerkelijk quantumnetwerk - een ‘prepare and measure network’-  is het mogelijk om qubits te versturen tussen elke twee punten in het netwerk. Dit is al voldoende om verschillende cryptografische toepassingen te ondersteunen. Het meest verregaande stadium is het quantum-verbinden van volledig operationele quantumcomputers.

Naast het opstellen van een roadmap voor quantum-internet laten de onderzoekers ook zien waar de grote uitdagingen liggen, zowel in de technologie als in de ontwikkeling van applicaties. 

“Aan de ene kant willen we de technologie doorontwikkelen naar steeds geavanceerdere stadia van zo’n netwerk’, zegt prof. Stephanie Wehner, hoofdauteur van de publicatie. “Aan de andere kant moeten we quantumsoftware-ontwikkelaars uitgedagen om de technische eisen van hun toepassingen te verlagen zodat ze in een zo vroeg mogelijk stadium werken”. Co-auteur prof. Ronald Hanson voegt toe: “Dit werk definieert ook een gezamenlijke taal voor ons jonge en sterk interdisciplinaire veld met natuurkundigen, computerwetenschappers en ingenieurs. Daar is momenteel veel behoefte aan”. De verwachting is dat de eerste quantum netwerken voor het versturen van end-to-end qubits in de komende jaren gerealiseerd gaan worden, op weg naar grootschalige quantumnetwerken. 

Meer informatie
Voor meer informatie kunt u contact opnemen met Stephanie Wehner, QuTech via S.D.C.Wehner@tudelft.nl, +31 15 27 87746.

/* */