In Science laat de groep van quantumprof Ronald Hanson van de TU Delft, met partners in Oxford, zien hoe een quantuminternet er in de praktijk zou kunnen uitzien. De grote kracht van quantumverbindingen is dat iedere poging om onderweg informatie te onderscheppen, die informatie direct vernietigt. Het probleem daarbij was tot nog toe dat het ook principieel onmogelijk leek om die informatie voldoende versterkt van zender naar ontvanger te krijgen.

De onafluisterbaarheid van quantuminformatie ontstaat doordat quantumdeeltjes of golven in verschillende toestanden tegelijk verkeren, zolang er niemand naar kijkt. Bij een meting wordt als in een loterij slechts één van die toestanden werkelijkheid, en is de quantumvaagheid daarmee ook verdwenen. Als de communicatie op de vaagheid is gebouwd, zoals in quantumsystemen gebeurt, is de boodschap hopeloos verstoord. De spion heeft er niks aan en de ontvanger weet dat er onderweg mee gerommeld is.



Hanson en zijn team beschrijven in Science een nieuwe procedure om de quantumverbindingen tussen een zender en een verre ontvanger op sterkte te houden, hoe groot de afstand ook is. In gewone glasvezelkabels wordt het signaal nu en dan gemeten, versterkt en weer doorgegeven. Dat kan in de delicate quantumsystemen niet.



Tenzij, ontdekten de Delftse onderzoekers van het quantuminstituut QuTech, bij het versterken de informatie niet echt wordt afgelezen. 'Het paradoxale is dat je als het ware expres een blinddoek omdoet om de versterking goed te kunnen uitvoeren', zegt de Leidse quantumfysicus Carlo Beenakker, zelf niet betrokken bij de Delftse Science-paper.

Chipachtig systeem

In plaats van meten en versterken worden quantumbits keer op keer ongezien gekopieerd en opgeslagen in een diamantrooster. Dat rooster krijgt daardoor een steeds betere quantumverbinding met andere diamanten in het netwerk, zo laten experimenten in het Delftse lab zien. Zwakke signalen worden weggefilterd.



'Het wordt met een handige beeldspraak ook wel destillatie genoemd', zegt Beenakker. 'Door je procedure steeds te herhalen, wordt je product steeds sterker, zou je kunnen zeggen.' Wat voor hem de Delftse vinding interessant maakt, is vooral dat die in een chipachtig systeem is uitgevoerd. 'Met licht konden we dit al, maar elektronica zit veel dichter bij de praktijk van de telecommunicatie.'



Beenakker zelf ziet de quantumnetwerken als een opstap naar quantumcomputers, die de inherente vaagheid van de quantumwereld gebruiken om simultaan massale hoeveelheden berekeningen te doen.

De netwerkexperimenten in Delft demonstreren de nieuwe techniek tot nog toe over afstanden van enkele meters. Maar opschalen is goed mogelijk, zegt groepsleider Hanson. Eerder toonde hij op de TU Delft-campus aan dat quantumverbindingen gemakkelijk kilometers ver kunnen reiken, een verschijnsel dat Albert Einstein ooit gruwend 'spookachtige verbinding op afstand' noemde.



Het werk aan de onbreekbare quantumverbindingen is onderdeel van een groter researchprogramma van ondermeer de universiteiten van Delft, Leiden en Amsterdam, waarvoor het kabinet in mei bijna 19 miljoen euro uittrok. Het plan voorziet in een experimenteel quantuminternet tussen Delft, Den Haag, Leiden en Amsterdam binnen vijf jaar, het eerste ter wereld. Daarvoor zullen bestaande glasvezelnetten worden gebruikt, in combinatie met nieuwe quantumknooppunten. Onder meer KPN en het ministerie van Defensie kijken met belangstelling mee.