Twee atoomwolken die quantuminformatie bevatten, zijn over een grotere afstand dan ooit tevoren met elkaar verbonden. Dit soort quantumgeheugens kunnen een belangrijke rol gaan spelen bij het bouwen van een quantumversie van het internet.
Quantumcommunicatie leunt op het fenomeen verstrengeling. Wanneer een stel deeltjes of systemen verstrengeld is, beïnvloedt het meten van de een wat je bij de ander zou meten, ongeacht de onderlinge afstand.
Dit soort verbindingen draagt niet direct informatie over. Dat zou namelijk betekenen dat die sneller reist dan het licht. Maar met verstrengeling kun je wel versleutelde communicatiekanalen maken, die dankzij de wetten van de quantumfysica beveiligd zijn tegen hacken.
Individuele fotonen zijn al verstrengeld over afstanden van meer dan 1000 kilometer. Maar voor grotere systemen van deeltjes – die meer informatie bevatten – is het moeilijker om de verstrengeling in stand te houden. De grootste afstand tussen een paar verstrengelde quantumgeheugens was tot dusver slechts 1,3 kilometer.
Bellmeting
Natuurkundige Xiao-Hui Bao van de Universiteit van Wetenschap en Technologie in China en zijn collega’s hebben dit record nu verpulverd. Ze verstrengelden twee quantumgeheugens over een afstand van 22 kilometer via ondergrondse glasvezelkabels.
Hun quantumgeheugens bestonden elk uit ongeveer 100 miljoen extreem koude rubidiumatomen in een vacuümkamer. De quantumtoestand van elk van de atoomsystemen hadden ze verstrengeld met de staat van een enkel foton. Vervolgens stuurden de onderzoekers die fotonen door de glasvezelkabels.
Wanneer de onderzoekers tegelijkertijd op beide fotonen een specifieke meting uitvoerden, een zogeheten bellmeting, raakten de quantumgeheugens waaraan de fotonen voorafgaand aan de meting waren gekoppeld met elkaar verstrengeld.
Quantum repeater
In een ietwat andere versie van het experiment, waarbij de kabels opgerold in het lab lagen en niet ondergronds, verstrengelden Bao en zijn team quantumgeheugens over 50 kilometer.
Het uiteindelijke doel van dit werk is het creëren van een quantum repeater. Dat is een soort tussenstation dat quantuminformatie kan ontvangen en doorsturen zodat het grotere afstanden kan afleggen. Dit is een van de bouwstenen van een veilig internet voor quantuminformatie.
‘Om eerlijk te zijn: we hebben nog een lange weg te gaan voordat we een quantum repeater hebben die in realistische langeafstandssituaties werkt’, zegt Bao. Wel denkt hij dat het de komende jaren mogelijk moet zijn om een klein prototype van een quantumnetwerk met quantumgeheugens te bouwen.
