's Werelds eerste kwantumnetwerk ligt in Delft

Communicatie tussen twee kwantumprocessors is al vaker gelukt. Daarbij wordt gebruik gemaakt van een van de unieke eigenschappen van qubits, namelijk dat zij in een verstrengelde staat kunnen zijn (entanglement). Twee verstrengelde qubits hebben altijd dezelfde waarde, ongeacht hoe groot de afstand tussen de twee is. Vindt er een verandering bij de een plaats, dan gebeurt datzelfde ook bij de ander. Daarmee kan informatie als het ware worden geteleporteerd.

Maar eerst moet de verstrengeling tot stand worden gebracht en gestabiliseerd. Daartoe wordt een verbinding aangebracht tussen de twee, vaak op basis van een glasvezelkabel. Daarmee konden de verstrengelde qubits naar twee fysiek gescheiden locaties worden gebracht. Het probleem is echter dat bij het transport na circa 100 kilometer de verstrengeling verloren ging.

Essentiële infrastructuur gecreëerd

Nu zijn de onderzoekers van het Delftse QuTech - een samenwerkingsverband van de TUDelft en TNO - er voor het eerste in geslaagd een verbinding tussen drie kwantumknooppunten tot stand te brengen, waarbij de middelste een functie heeft vergelijkbaar met een router in een conventioneel netwerk. Daarmee ligt de weg open naar het creëren van een netwerk dat potentieel wereldomspannend is.

In de opzet die de onderzoekers gebruikten, heeft het middelste knooppunt - genaamd Bob - twee qubits: een geheugenqubit en een communicatiequbit. De geheugenqubit houdt een eenmaal tot stand gebrachte verbinding met een van de andere knooppunten, genaamd Alice. Met de communicatiequbit kan Bob dan een verbinding opzetten met het derde knooppunt, genaamd Charlie.

Wanneer deze verbindingen tot stand zijn gebracht kan Bob zijn twee qubits verstrengelen, waarbij een kwantumverbinding ontstaat tussen Alice en Charlie. Zelfs als de fysieke verbinding verbreekt.

Opschalen nu mogelijk

Ronald Hanson, bij QuTech de leider van dit onderzoek, wijst erop dat het protocol dat nu wordt gevolgd de basis legt voor veel grotere netwerken. Vooral belangrijk is dat het mogelijk is dat een kwantumverbinding in stand kan worden gehouden terwijl een ander wordt opgezet. Dit is een belangrijke stap voorwaarts naar schaalbare netwerken. Hij verwacht dat een kwantuminternet mogelijk is met ontelbare kwantumapparaten en intermediaire knooppunten. De volgende stap waar QuTech aan werkt, is het uitbouwen van het aantal knooppunten. Ook moet er software voor een hogere abstractielaag komen. Verder wil het team zodanige voorbereidingen treffen dat de kwantumcommunicatie via het reguliere telecomnetwerk kan verlopen.