De lancering vorig jaar van de Micius-satelliet (foto: BBC)

Verstrengeling, de kwantumeigen-schap dat deeltjes tot op grote afstand aan elkaar gekoppeld zijn, is en blijft een raar fenomeen. Nu blijkt dat, als je trucs gebruikt, die verstrengeling zich niet door afstand laat beperken. Chinese onderzoekers maken melding van een succesvolle overdracht van verstrengelde atomen tussen de nabije ruimte en aarde over een afstand van 1200 km, waarbij de fotonen verstrengeld waren over een afstand van 100 km. Ze denken al aan een heel nieuw kwantuminternet. Een andere onderzoeksgroep zou vanaf de aarde kwantumtoestanden gemeten hebben op 38 000 km van onze blauwe planeet. Komt kwantumcommunicatie er aan?

Die verstrengeling over grote afstand doet de oogjes van veel kwantumonderzoekers glimmen. Die maakt communicatienetwerken mogelijk, maar ook, veel interessanter, kwantumteleportatie (overdracht zonder dat iets de hele afstand moet afleggen). De verstrengeling van kwantumdeeltjes is tot nu toe ‘beperkt’ tot zo’n 100 km. Dat komt doordat de verstrengeling teloor gaat als (licht)deeltjes door glasvezel worden geleid of via de open ruimte.
Dat euvel is te voorkomen door de afstand op te knippen in kleinere stukjes (van 100 km, dus) en door langs die overdrachtslijn (de glasvezel) voortdurend kwantuminformatie op te slaan en te zuiveren. Een andere manier is door gebruik te maken van lasers en satellieten.

Micius

De Chinese onderzoekers gebruikten de satelliet Micius die het vorig jaar is gelanceerd. Juan Yin en zijn medeonderzoekers gebruikten de satelliet om drie grondstations in China met elkaar te laten communiceren elk ongeveer 1200 km van elkaar. De afstand tussen de grondstations en de satelliet varieerde van 500 tot 2000 km.
Een laserstraal van de satelliet werd gesplitst waardoor de bundel werd verdeeld in twee onderscheiden polarisatietoestanden. Een van de twee stralen werd gebruikt voor de overdracht van de verstrengelde fotonen de andere voor de ontvangst (?). Zo zou het dus mogelijk zijn geweest verstrengelde atomen te ontvangen over meer dan 1000 km.

38 000 km

Het tweede kwantumonderzoek, dat ik hier maar even bij heb geveegd, gaat over de meting van kwantumtoestanden over een afstand van 38 000 km van de aarde. Het zou voor het eerst zijn dat dat over zo’n grote afstand zo nauwkeurig is gebeurd.
“We waren heel verbaasd dat kwantumtoestanden over zulke grote afstanden door wervelingen ons grondstation bereikten”, zeg Christoph Marquardt van het Duitse Max Planck-instituut. “Het blijkt dat de technologie op satellieten daartoe in staat is. Dat maakt kwantumcommunicatie met satellieten mogelijk. Die zou er binnen vijf jaar kunnen zijn.”
De vijf jaar zal wel erg optimistisch zijn, zeker als je weet dat de ontwikkeling van satellieten gauw tien jaar duurt. Met kwantumcommunicatie zouden we in principe ook een veiliger communicatienetwerk kunnen opbouwen. Ik herhaal: in principe.

Het optische communicatiesysteem van de satelliet werkt net zo als de kwantumsleutelverdelingsmethode die het Max Planck heeft ontwikkeld. De onderzoekers besloten te kijken of het mogelijk was de kwantumtoestanden te meten die in de laserstraal waren gecodeerd. Ze maten de gegevens in 2015 en begin 2016 vanaf een grondstation in Tenerife (Sp). Ze genereerden kwantumtoestanden in een bereik dat de satelliet normaal niet gebruikt om hun metingen te kunnen doen.
Marquardt: “Licht blijkt heel geschikt voor een kwantumsleutelverdelingsnetwerk. Dat verbaasde ons omdat het systeem daar niet voor gebouwd was.” De onderzoekers werken nu met Tesat-Spacecom en andere bedrijven in de ruimtevaart om een systeem op te zetten met al aanwezige apparatuur en satellieten.

Bronnen: Science Daily & Science Daily