Om straks een goed werkend netwerk van quantumcomputers te hebben, moet de techniek nu al worden ontwikkeld. De TU Delft komt met een roadmap voor dat quantuminternet.

De plannen verschijnen vandaag in wetenschappelijk tijdschrift Science. ‘De vraag voor ons was: wat willen we nou echt bouwen voor het quantuminternet?’, vertelt Stephanie Wehner, de auteur van het paper. ‘We willen in 2020 een klein netwerk bouwen tussen Delft, Den Haag, Leiden en Amsterdam. Wat heb je daar voor nodig?’ 

 

Zes stappen

Wehner en haar collega’s noemen zes fases. Het begint bij het bouwen van apparaten die een quantumsignaal verder dan 100 km kunnen sturen, en eindigt met een volledig verbonden netwerk van volwaardige quantumcomputers. ‘Die laatste fase is nog ver weg. Maar bij elke tussenliggende fase gebeuren er belangrijke dingen die allemaal nodig zijn om het het einddoel te bereiken.’ 

Een quantuminternet heeft allerlei voordelen ten opzichte van een gewoon netwerk. Het gebruikt verstrengelde deeltjes (dat zijn deeltjes die bepaalde eigenschappen van elkaar overnemen) om informatie gegarandeerd veilig over te brengen. De verstrengeling ‘breekt’ namelijk op het moment dat iemand anders het deeltje onderschept. Wil je veilig communiceren met iemand, dan verstrengel je twee deeltjes, je houdt er één thuis en stuurt de ander naar de andere persoon. Die kan vervolgens ‘zien’ dat het deeltje van jou komt, want als jij iets verandert aan het deeltje, verandert het ook aan de andere kant. Maar de verstrengeling gaat verloren zodra er iets met de deeltjes gebeurt. Probeert iemand ze te onderscheppen of te manipuleren, dan zie je dat meteen.

Voordeel is dat dit veiligheidssysteem ingebakken zit in de natuurwetten. De huidige versleutelingstechnieken voor informatie zijn vooral gebaseerd op sterke sleutels, maar die zijn te kraken; zeker met quantumcomputers wordt dat een fluitje van een cent. Quantumcommunicatie is onkraakbaar en aanvallen worden meteen opgemerkt. 

Daarnaast is deze quantumcommunicatie uiterst direct: verander je iets op punt A, dan zie je dat meteen op punt B. Je hebt dus geen vertraging op de lijn, wat bij normaal internet wel het geval is. 

 

Signaal versterken

Maar, zo blijkt uit de roadmap, er is een hoop werk nodig voor die communicatie mogelijk wordt. Voor de eerste stap zijn zogenoemde quantum repeaters nodig: kastjes die de verstrengeling als het ware ‘doorgeven’ van het ene op het andere deeltje, zodat het signaal verder kan reiken. ‘Een verstrengeld quantumdeeltje (qubit) kun je maximaal 100 km ver sturen. Dat is niet genoeg voor serieuze netwerken, dus er zijn betrouwbare quantum repeaters nodig,’ vertelt Wehner. Die zijn nu nog niet commercieel verkrijgbaar. 

Stap twee voor een quantuminternet zijn netwerkjes van qubits. Dat is een simpel netwerk, waar nog geen volledige quantumcomputers nodig zijn. ‘Je hebt alleen een apparaatje nodig dat verstrengelde qubits kan maken en doorsturen. Dat is handig, want daarmee kun je allerlei protocollen voor een toekomstig quantuminternet nu al testen en ontwikkelen.’ Daarnaast heeft zo’n simpel netwerk al allerlei toepassingen. ‘We kunnen bijvoorbeeld klokken gelijk zetten, waardoor je telescopen exact tegelijkertijd naar de hemel kan laten kijken. Daarmee leer je meer over de sterren.’ 

 

Bij elke stap nuttig

De volgende stappen liggen verder in de toekomst, maar zullen ook allemaal nuttige toepassingen hebben. ‘Dat was het doel van deze gids: een stappenplan waarbij elke stap afzonderlijk de moeite waard is. Als het dan lang duurt voordat we volledige quantumcomputers met elkaar verbinden, kunnen we met de eerder ontwikkelde internettechniek toch al veel nuttigs doen.’