Delftse wetenschappers teleporteren informatie: 'Stap naar onkraakbare communicatie'

Teleportatie is bekend van sciencefiction, maar nu kan het echt, althans met informatie. Wetenschappers van QuTech in Delft hebben quantuminformatie weten te teleporteren in een netwerk met drie punten. Het is een stap op weg naar een 'onkraakbaar' quantuminternet.

Onderzoekers van QuTech, een samenwerking van de TU Delft en TNO, hebben een primeur met het teleporteren van quantuminformatie tussen twee knooppunten die geen directe verbinding met elkaar hadden. Volgens QuTech kan deze teleportatie op lange termijn de 'ruggengraat' gaan vormen van een superveilig quantuminternet.

"We hebben laten zien dat we alles bij elkaar kunnen brengen, om het allemaal tegelijkertijd te laten lukken. Want je hebt te maken met dingen die als het ware tegenstrijdige belangen hebben. Het is een blauwdruk van wat er mogelijk wordt", vertelt Hans Beukers, een van de wetenschappers die meewerkte aan het onderzoek.

Qubits

Quantumcomputers rekenen met quantumfysica, de theorie over de wereld op de kleinste schaal. Anders dan bits in gewone computers kunnen quantumbits (qubits) niet alleen 0 of 1 zijn, maar ook 0 en 1 tegelijk. Daardoor kunnen quantumcomputers berekeningen maken die met huidige supercomputers niet mogelijk zijn. Quantumcomputers kunnen daardoor bijdragen aan allerlei belangrijke onderzoeken, zoals nieuwe materialen die kunnen zorgen voor een energierevolutie of op de persoon afgestemde medicijnen.

Het verbinden van quantumcomputers vereist een ander soort internet, dat gebruikmaakt van een 'verstrengeling' tussen qubits. Wat je doet met één qubit heeft dan meteen invloed op de andere, ook al zijn die qubits op een hele grote afstand van elkaar.

De Delftse onderzoekers hebben drie qubits met elkaar 'verstrengeld' zodat een quantumnetwerk ontstond. Dat was tot nu toe alleen tussen twee punten mogelijk.

Van Alice naar Charlie

Alice, Bob en Charlie noemen de onderzoekers de drie knooppunten. Ze gebruikten de verstrengeling om informatie van Alice naar Charlie te teleporteren, terwijl ze de tussenliggende Bob oversloegen.

Alice en Bob waren via glasvezel gekoppeld, Bob en Charlie ook, maar Alice en Charlie hadden juist geen fysieke verbinding. Bob maakte de teleportatie van informatie tussen Alice en Charlie mogelijk, door twee verstrengelingen met elkaar in overeenstemming te brengen.  

Bij het meten van quantumtoestanden gaat de informatie meteen verloren. Dat gebeurt ook bij een meting bij Charlie, maar die informatie verschijnt dan direct aan de kant van Alice. De qubit wordt versleuteld overgezet, waarbij de meetuitkomst van Charlie de sleutel bepaalt. Alice voert dan de quantumoperatie uit die nodig is om de qubit te ontsleutelen.

Niet te kraken

Een van de grote beloftes van een quantuminternet is communicatie die niet te onderscheppen of af te tappen is. Als iemand dat zou proberen, zou de informatie direct verdwijnen. Alleen de zender en de ontvanger kunnen dan bij bepaalde informatie.

"Met de huidige computers en internet is alles te kraken als je maar een computer hebt die krachtig genoeg is. Wiskundige beveiliging is te breken, natuurkundige is dat niet. Het is inherent veilig, het is onbreekbaar", zegt Beukers. "Bij quantuminternet wordt het direct opgemerkt als er iemand aan het klooien is met bepaalde informatie."

Hij geeft het voorbeeld van een overheidsinstantie die atoomgeheimen naar een andere overheidsorganisatie stuurt. "Zo'n soort bericht is misschien nu niet te kraken, maar je wilt dat dat over 30 jaar ook nog altijd zo is. Dat is de belofte van quantuminternet."  

Behalve voor veilige communicatie zou quantuminternet ook meer privacy kunnen bieden, vertelt Beukers. "Diensten hebben dan niet langer allerlei informatie over jou nodig om je toch te kunnen herkennen en je te helpen." 

Opschalen

Voordat quantumcomputers in een internationaal netwerk met elkaar samenwerken, is er nog veel werk te verrichten. "Eerst moeten we de technologie uit het lab halen en het robuuster maken in de praktijk." Met de gebruikte opzet was dit volgens de onderzoekers vrijwel het maximaal haalbare. "Om het schaalbaar te maken is een andere opzet nodig. We gaan op zoek naar andere deeltjes om verstrengelingen mee te maken. Daarvoor lopen experimenten, maar het staat nog in de kinderschoenen."

Ook worden er onderzoeken gedaan om infraroodlicht te gebruiken, zodat quantuminternet via normale glasvezelkabels mogelijk wordt. "Voordat er een wereldwijd netwerk van quantumcomputers is, zijn we waarschijnlijk wel tien jaar verder."

Zo werken quantumcomputers: