Onderzoekers van QuTech uit Delft zijn er voor het eerst in geslaagd quantum bits te ‘teleporteren’ tussen drie nodes. Onlangs publiceerden de onderzoekers hun bevindingen in wetenschappelijk tijdschrift Nature.

De nu gepubliceerde doorbraak maakte het mogelijk quantum bits in een netwerk te versturen onder drie nodes. Eerder waren de onderzoekers er al eens in geslaagd quantum bits te versturen tussen twee aaneengeschakelde nodes. Deze nodes bestaan uit kleine quantum processors.

Het versturen van deze deeltjes is essentieel voor de ontwikkeling van quantum internet. Quantum internet is zeer geschikt voor tal van hoogwaardige applicaties, zoals het veilig delen van informatie, het verbinden van meerdere quantum computers voor meer extreme rekenkracht of voor het gebruik van uiterst gevoelige quantum sensors.

Teleporteren

Het versturen van quantum bits kan op verschillende manieren. Eén manier is via lichtdeeltjes. Het nadeel hierbij is dat tijdens het transport onvermijdelijk lichtdeeltjes in de glasvezels verloren gaan, waardoor deze niet aankomen. Dit betekent dat de quantum bits niet aankomen en er verstoring optreedt.

Een andere manier is door de quantum bits te ‘teleporteren’. Bij deze technologie ‘verdwijnt’ de quantum bit aan de kant van de verzender en ‘verschijnt’ deze vervolgens weer bij de ontvanger. De quantum bit reist daarbij niet in de tussenliggende ruimte en kan dus niet kwijtraken, zoals bij lichtdeeltjes wel het geval kan zijn. Dit maakt de techniek zeer geschikt voor quantum internet.

Voor het teleporteren van quantum bits zijn een aantal belangrijke voorwaarden nodig. Zo moet er een ‘quantum-verstrikte verbinding’ bestaan tussen zender en ontvanger, moet er een betrouwbare methode zijn voor het uitlezen van quantum processors en moet er capaciteit zijn om quantum bits tijdelijk op te slaan.

Drie stappen

In het experiment in Delft voerden de onderzoekers van QuTech een driestappenplan uit. In de eerste stap moet de ‘teleporter’ worden voorbereid door een ‘verstrikte’ relatie tussen node A en node C. Beide hebben geen directe fysieke verbinding, maar worden verbonden met node B in het midden. Node A en node B maken hierbij een verstrikte relatie tussen hun quantum processors. Deze verstrikte relatie wordt tijdelijk door node B opgeslagen.

Vervolgens gaat node B een verstrikte relatie aan met node C. Deze relatie stuurt node B als het ware door naar node A. Hierdoor zijn de drie nodes nu met elkaar ‘verbonden’ en zijn ze geschikt voor de teleportatie van de quantum bits.

In stap twee wordt de quantum informatie, de eigenlijke quantum bit, aangemaakt. Deze informatie wordt voorbereid door node C. In de derde stap vindt het daadwerkelijke teleportatieproces plaats van node C naar node A. Node C voert een op zijn gedeelte van de verbinding een meetactie uit met de quantum informatie op zijn quantum processor. De andere helft van de verbinding is met node A. Bij het meetmoment wordt de quantum bit versleuteld. Vervolgens verdwijnt de quantum bit op node C en verschijnt deze vervolgens direct op node A. Hier wordt de quantum bit via een ‘quantum-actie’, waarna de informatie beschikbaar is voor verder gebruik.

Onderzoek naar omgekeerde procedure

De onderzoekers van QuTech geven aan dat zij de komende tijd meer testen gaan doen met de techniek. Daarbij gaan ze zich vooral richten op de eerste twee stappen in het proces. Ze gaan de stappen omdraaien door eerst de quantum bit aan te maken en vervolgens de teleporter op te zetten. Volgens de onderzoekers maakt dit omgekeerde proces het mogelijk om quantum bits on demand te versturen. Dit geeft natuurlijk weer meer mogelijkheden voor het opzetten van een stabiel quantum netwerk voor quantum internet.

Tip: Onderzoekers van TU Delft melden doorbraak in quantum computers