10 sep. 2012
2 minuten
Een international team wetenschappers is eringeslaagd om een kwantumbit (qubit) te teleporteren over een recordafstand van 143 km – van de Canarische eilanden La Palma naar Tenerife. Deze afstand is belangrijk, omdat het ruwweg de afstand is tot satellieten die in een lage baan om de aande draaien. Theoretisch zou het nu dus mogelijk zijn om een kwantumcommunicatienetwerk te bouwen op basis van satellieten.
Kwantumteleportatie is niet hetzelfde als de teleportatie in Star Trek (‘Beam me up, Scotty’) maar het concept lijkt er op. De wetenschappers verstrengelden enkele fotonen in La Palma en vervolgens gebruikten ze een krachtige laser om een van die fotonen over zee weg te schieten naar het ontvangststation op Tenerife. Als dan de kwantumtoestand van het ene atoom verandert, wijzigt door de verstrengeling onmiddellijk ook de toestand van het tweede foton, 143 km verderop. Dat gaat sneller dan het licht, zonder de geringste vertraging. In principe gaat het dus om kwantum-toestand-teleportatie; er wordt geen materie geteleporteerd.
Cryptografie
De eenvoudigste toepassing hiervan is kwantum-cryptografie. Een verstrengeld fotonenpaar biedt een perfect kanaal voor het versturen van een cryptografiesleutel. Door de wetten van de kwantummechanica is het onmogelijk dat iemand die communicatie af kan luisteren. Op korte termijn zou een satelliet-kwantumnetwerk door overheden kunne worden gebruikt voor veilige communicatie. Op langere termijn zou zo’n netwerk de ruggengraat kunnen vormen van een internet dat wordt bevolkt door kwantumcomputers. In theorie zou elke kwantumprocessor die aan dat netwerk is gekoppeld, onvertraagd aan elke andere computer kunnen worden gekoppeld via een verstrengeld fotonenpaar.
Satelliet
De volgende stap is de lancering van een satelliet die is uitgerust voor het verzenden en ontvangen van geteleporterde qubits. Dat is geen gemakkelijke taak, maar de ontwikkelingen gaan snel; nog maar twee jaar geleden was de maximum afstand voor kwantumteleportatie 16 km. Het Chinese team dat dit record behaalde, verbeterde het dit jaar door de teleportatie van fotonen over 97 km. En een paar maanden later werd dat dus 143 km.
De houders van het nieuwe record zijn natuurkundigen van de universiteit van Wenen en de Oostenrijkse Academie voor Wetenschappen, onder leiding van fysicus Anton Zeilinger.
Xia-song Ma, een van de wetenschappers die bij het experiment waren betrokken, zegt: "De teleportatie over 143 km is al een enorme technologische uitdaging. De fotonen moesten worden verzonden door de turbulente atmsofeer tussen de twee eilanden. Het gebruik van glasvezels is over dergelijke afstanden niet mogelijk omdat de signaalverliezen te groot zouden zijn."
Conventionele data
Het team kreeg steun van een groep theoretische natuurkundigen van het Max Planck Institute for Quantum Optics in Garching (Germany) en een experimenteergroep van de University of Waterloo (Canada). Ma: "Een belangrijke stap voor oze teleportatie was een methode die bekend staat als ‘active feed-forward’; die hebben we voor het eerst gebruikt in een lange-afstandsexperiment. Daardoor konden we de transfer-rate verdubbelen."
In een active feed-forward protocol worden tegelijk met de kwantuminformatie conventionale data verzonden, waarmee de ontvanger het verzonden signaal efficiënter kan ontcijferen.
Xiao-Song Ma, Thomas Herbst, Thomas Scheidl, Daqing Wang, Sebastian Kropatschek, William Naylor, Bernhard Wittmann, Alexandra Mech, Johannes Kofler, Elena Anisimova, Vadim Makarov, Thomas Jennewein, Rupert Ursin & Anton Zeilinger. Quantum teleportation over 143 kilometres using active feed-forward. In: Nature (Advance Online Publication/AOP). DOI:10.1038/nature11472 (2012).
Anderen lazen ook
