In een geruchtmakend Nature artikel laten QuTech promovendi zien hoe ze quantuminformatie overbrengen in een netwerk gebaseerd op verstrengeling.
In de kelder van het TNW-gebouw werken Matteo Pompili en Sophie Hermans aan de fundamenten van het quantuminternet. (Foto: Marieke de Lorijn)

In een geruchtmakend Nature-artikel laten QuTech promovendi zien hoe ze quantuminformatie overbrengen in een netwerk gebaseerd op verstrengeling.

Read in English

Onderzoekers van het Ronald Hanson Lab werken al jaren gestaag aan de verstrengeling van quantumbits (qubits) in diamant en het verzenden van quantuminformatie. Hun uiteindelijke doel is een quantuminternet, dat onkraakbare uitwisseling van quantuminformatie mogelijk moet maken.

In die ontwikkeling hebben ze onlangs weer een grote stap gezet: het overbrengen van quantuminformatie tussen twee niet direct verbonden knooppunten A en B door middel van teleportatie.

Bij teleportatie verdwijnt het quantumbit aan de kant van de verzender en verschijnt het aan de kant van de ontvanger. Omdat het quantumbit niet door de tussenliggende ruimte hoeft te reizen, kan het niet kwijtraken. Dit maakt quantumteleportatie tot een cruciale techniek voor een toekomstig quantuminternet.

De techniek lijkt zowel robuust als onkraakbaar

Knooppunten A en B hebben dus geen directe verbinding  maar hebben beide wel een verbinding met een derde punt C. Wanneer verstrengeling wordt opgewekt tussen A en C, én tussen C en B, ontstaat er een verstrengeling tussen A en B. Die verstrengeling maakt het mogelijk quantuminformatie uit te wisselen tussen A en B met teleportatie. Verwarrend? Kijk dit filmpje:

De twee eerste auteurs, Sophie Hermans en Matteo Pompili, promoveerden recent op onderdelen van de publicatie. Pompili promoveerde in december 2021 op quantumnetwerken met qubits in diamant. Hermans volgde dit voorjaar met haar proefschrift over quantumnetwerken die gebruikmaken van elektronspins in diamant. Hun Nature-publicatie onder supervisie van prof.dr.ir. Ronald Hanson (faculteit TNW en QuTech) werd begin oktober vorig jaar ingediend en eind mei 2022 gepubliceerd.

“Quantum teleportatie biedt betrouwbare overdracht van informatie, zelfs in een onbetrouwbaar netwerk,” aldus de onderzoekers. Ze schrijven deze vooruitgang toe aan technologische verbeteringen van de laatste jaren zoals: betere uitlezing van qubitinformatie, bescherming van het qubitgeheugen bij het opzetten van een verstrengeling en betrouwbare signalering van een verstrengelde verbinding.

Vervolgonderzoek zal zich richten op het omkeren van het teleportatieprotocol: eerst is er een quantumbit dat geteleporteerd moet worden en pas daarna wordt de teleportatie voorbereid. De quantuminformatie moet dan opgeslagen worden terwijl de verstrengeling wordt opgezet. Het voordeel van die omkering is dat, als het lukt, teleportatie naar believen kan worden ingezet.

Op den duur zal dit type teleportatie als ruggengraat van het quantuminternet gaan fungeren, verwachten de auteurs, omdat de techniek zoals het er nu naar uitziet zowel robuust als onkraakbaar is.