TNO en TU Delft leggen quantum-netwerk aan

Voor Nederlandse datacenters komt het kwantumtijdperk snel dichterbij nu een internationaal onderzoeksteam onder leiding van QuTech, een samenwerking tussen TNO en de TU Delft, met succes een kwantumnetwerkverbinding heeft gerealiseerd tussen Delft en Den Haag. Dit vormt een belangrijke mijlpaal in de overgang van experimentele laboratoriumtests naar een toekomstig kwantuminternet.

Een kwantuminternet gaat een forse stap verder dan het huidige internet en maakt het delen van kwantuminformatie ofwel qubits mogelijk. In tegenstelling tot reguliere bits, die enkel de waarden 0 of 1 kunnen aannemen, kunnen qubits zich in een superpositie bevinden (0 en 1 tegelijkertijd). Bovendien kunnen qubits verstrengeld raken, wat zorgt voor directe correlaties tussen gegevens, ongeacht de afstand.

Deze eigenschappen bieden nieuwe mogelijkheden op het gebied van communicatie en computertechnologie. Toepassingen variëren van het genereren van onbreekbare encryptiesleutels tot het koppelen van kwantumcomputers over grote afstanden voor verbeterde prestaties en volledige privacy.

Onder leiding van Ronald Hanson heeft het QuTech-team twee kwantumprocessors verbonden over een afstand van 25 kilometer via een ondergronds glasvezelnetwerk. Dit markeert de eerste keer dat kwantumprocessors in verschillende steden met elkaar zijn verbonden. Hanson legt uit: “De afstand waarover we kwantumverstrengeling creëren is een record voor kwantumprocessors. Dit is een belangrijke stap in de richting van een kwantuminternet op stedelijke schaal.”

Het project stuitte op aanzienlijke uitdagingen, zoals het minimaliseren van fotonverlies over lange afstanden en het waarborgen van een stabiele verbinding. “Zonder innovatieve oplossingen op deze gebieden zou het onmogelijk zijn geweest om deze afstand te overbruggen”, voegt Hanson in een bericht op de website van QuTech toe.

Om het probleem van fotonverlies aan te pakken, gebruikte het team een protocol dat precieze stabilisatie van de glasvezelverbinding vereiste. Arian Stolk vergelijkt in hetzelfde artikel de precisie met “het constant houden van de afstand tussen de aarde en de maan met een nauwkeurigheid van slechts enkele millimeters.” Dankzij een combinatie van technische en wetenschappelijke inzichten werd deze uitdaging overwonnen.

De kwantumverbinding werd gerealiseerd door een middenstation dat optische vezels gebruikte om twee onafhankelijke kwantumnetwerknodes met elkaar te verbinden. Dit resulteerde in een betrouwbare verstrengelingstoestand tussen de nodes.

Een project van deze omvang en complexiteit vereist samenwerking tussen verschillende disciplines. Het team kon rekenen op de bijdrage van meerdere partners, waaronder Fraunhofer ILT, dat een innovatieve kwantumfrequentieomzetter ontwikkelde, en telecomprovider KPN, die glasvezelinfrastructuur en node-locaties leverde.