Maandag maakte de Europese Unie bekend tien miljoen euro uit te keren voor de versnelde ontwikkeling van een quantuminternet. TU Delft-hoogleraar Stephanie Wehner beschreef met haar groep van quantumlab QuTech in vakblad Science welke stappen nog gezet moeten worden.
In bladen zoals Science staan vooral onderzoeksresultaten. Waarom nu een stappenplan?
‘Soms is het belangrijk om niet alleen bezig te zijn met wat je hebt gedaan, maar ook met wat er gedaan moet worden om een bepaald doel te bereiken. In ons geval: wat je moet doen als je een grootschalig quantuminternet wilt aanleggen.
‘We hebben met een groep technische mensen en ontwikkelaars van quantumsoftware voor het eerst de stappen daarheen gedefinieerd. Ook beschrijven we wat met elke stap wel en niet kan, zodat de ontwikkelaars weten wat voor toepassingen ze voor een bepaalde stap kunnen creëren.’
De geschiedenis van de wiskunde is diverser dan je denkt
Wiskunde is niet alleen afkomstig van de oude Grieken. Veel van onze kennis komt van elders, waaronder het oude China, India en het Arabisch Schiereil ...
Wat zijn die stappen?
‘Elke stap is op zichzelf een vorm van quantuminternet. Het zijn allemaal netwerken waarmee je informatie verstuurt in de vorm van quantumbits, oftewel qubits.
‘De eerste en eenvoudigste stap is een prepare and measure-netwerk, waarmee je qubits kunt maken, versturen en meten. De stap erna is een entanglement distribution-netwerk, waarmee je qubits kunt verstrengelen, zodat ze op een unieke manier met elkaar verbonden zijn. Bij het quantum memory-netwerk kunnen de qubits langere tijd in een quantumgeheugen worden opgeslagen. Dan volgt het few-qubit fault-tolerant-netwerk, waarbij onderweg optredende fouten hersteld kunnen worden. De laatste stap is het ultieme quantum computing-netwerk, waarmee je quantumcomputers kunt koppelen.
‘Met elke stap wordt de techniek complexer, maar nemen de toepassingen ook toe. En zelfs met het eenvoudige prepare and measure-quantumnetwerk kun je al nuttige dingen doen, zoals veilig een digitale sleutel versturen om data te beveiligen. Met de daaropvolgende netwerken kun je bijvoorbeeld klokken en telescopen synchroniseren.’
Hoe ver zijn we nu?
‘Er zijn nu nog geen echte quantumnetwerken. Wel zijn er quantumverbindingen tussen twee punten die hooguit honderd kilometer bij elkaar vandaan liggen. Maar je noemt iets pas een netwerk als je informatie niet alleen van A naar B kunt sturen, maar ook van A via C naar B, of van A naar B óf C. Die mogelijkheid bestaat nog niet.
‘Het eerste test-quantumnetwerk komt in 2020 tussen Den Haag, Delft, Leiden en Amsterdam. Daarbij gaan we kleine quantumcomputers met elkaar verbinden om kleinschalig qubits te maken, versturen, meten en op te slaan.
‘Het grootste obstakel is nu dat we verstrengeling tussen qubits niet snel kunnen aanmaken. Bij simpele verbindingen gaat de informatieoverdracht met kilobits per seconden. En bij verbindingen met meer functionaliteit met enkele bits per seconden. Dat moet allebei sneller.’
Wanneer is er een quantumverbinding voor consumenten?
‘We hebben de techniek om over vier jaar een prepare and measure-netwerk in de Randstad op te zetten. Daarmee kunnen we klassieke verbindingen beveiligen. Quantumverbindingen zullen in het begin nog te duur en te traag zijn om grote hoeveelheden data te versturen. We denken daarom dat ze eerst naast het klassieke internet zullen bestaan. Netflix kan dan bijvoorbeeld filmpjes versturen over een klassieke verbinding en de verificatie via een quantumverbinding doen.
‘Misschien zijn over 60 tot 70 jaar quantumverbindingen zo fantastisch dat klassieke verbindingen helemaal overbodig zijn.’