Juli/Augustus 2025
Coördineren zonder communiceren
De volgende stap in quantum-netwerken: lange-afstandsverbinding
De afgelopen jaren is veel geïnvesteerd in quantum computers. Om deze apparaten met elkaar te laten communiceren, is een zogeheten quantum-netwerk nodig. Op labschaal was het al gelukt om de hiervoor benodigde verbindingen tot stand te brengen. Het was echter een grote stap voorwaarts toen een internationaal onderzoeksteam onder leiding van QuTech eind vorig jaar een betrouwbare, rudimentaire quantum-netwerkverbinding realiseerde over een afstand van 25 km.
Wanneer het in de toekomst mogelijk is om verschillende quantumcomputers over grotere afstanden met elkaar te verbinden, komen er nieuwe mogelijkheden voor het oplossen van grootschalige problemen. Verbinding betekent immers een grotere beschikbare capaciteit, maar ook de mogelijkheid van ‘verstrengeling’. In verstrengelde toestand bestaan de losse quantumcomputers eigenlijk niet meer, maar is er uitsluitend sprake van een gedeelde toestand. Door het wereldwijd koppelen van quantumcomputers wordt het mogelijk de rekenkracht te combineren tot één (omvangrijke) toestand.
Grootschalig
Dr.ir. Arian Stolk, medeonderzoeker bij QuTech: ‘Eind vorig jaar is het gelukt om tussen twee quantumcomputers in respectievelijk Delft en Den Haag een rudimentaire quantum-netwerkverbinding tot stand te brengen. Voor het overbruggen van deze 25 km is gebruikgemaakt van het glasvezelnetwerk van KPN. Dit levert onder meer mogelijkheden op voor contentproviders zoals YouTube, maar ook voor het oplossen van grootschalige problemen in de medische, financiële en chemische wereld.’
‘Kijkend naar de contentprovider, dan streeft deze op elk moment naar een optimale afstemming van vraag en aanbod. Met quantumtechnieken zou je hiervoor een verstrengelde toestand kunnen uitlezen, waarmee betere coördinatie mogelijk is. Coördineren zonder communiceren dus. Er wordt hier veel onderzoek naar gedaan, zodat het toepasbaar is zodra een betrouwbaar quantum-netwerk op grotere schaal beschikbaar is.’
Volgende stap
Met de uitspraak ‘op grote schaal’ raakt Stolk precies de relevantie van het onderzoek waarbij een grootstedelijke afstand is overbrugd. Nu kunnen wetenschappers verder met het opschalen en verbeteren van de technologie. De volgende belangrijkste beperkingen liggen momenteel in de qubits zelf, de snelheid en het aantal beschikbare fotonen limiteren.
Stolk: ‘We gaan nu dus verder aan de slag met het ontwikkelen van nieuwe systemen met een focus op de chips en aansturing. Ook ‘traditionele’ communicatiemethodes waarin we vooral sequentieel werkten, willen we vervangen door multiplexing waarbij je vele communicatiepogingen gelijktijdig uitvoert en later analyseert waar het wel en niet goed is gegaan. Kortom, er is nog genoeg te doen.’
Lay-out van het recente experiment tussen twee quantumchips in Delft en Den Haag. Een glasvezelverbinding (paarse lijn) brengt fotonen onder de grond naar een centraal station in Rijswijk, waar ze worden gemeten (blauwe kader). De uitkomst van deze meting resulteert in verstrengeling tussen de chips op een afstand van 10 km.
Uitdagingen
Voor een quantum-netwerkverbinding is nodig:
• minimale invloed van fotonverlies op de verbindingssnelheid,
• een betrouwbare ontvangstbevestiging bij elke geslaagde verstrengeling,
• een stabiele verbinding binnen de golflengte van fotonen over 25 km glasvezel,
• geschikte partners waaronder Fraunhofer ILT (nieuw type ‘quantumfrequentieomvormer’), OPNT (state-of-the-art timing hardware), Element Six (hoogwaardige synthetische diamantmateriaal), Toptica (lasers met een hoge stabiliteit) en KPN (glasvezelinfrastructuur en knooppuntlocaties).
Tekst: ing. Marjolein de Wit - Blok
Fotografie: QuTech