TU Delft teleporteert informatie over rudimentair quantumnetwerk

De doorbraak werd mogelijk door een sterk verbeterd quantum-geheugen en verhoogde kwaliteit van de quantum-links tussen de drie knooppunten van het netwerk.

Trefwoorden: #netwerk, #quantum, #TU Delft

Lees verder

research

( Foto: QuTech - © Marieke de Lorijn )

ENGINEERINGNET.BE - Voor teleportatie van quantuminformatie is een quantumverstrengelde link tussen zender en ontvanger nodig, een betrouwbare uitleesmethode voor quantum processoren en capaciteit om quantum bits tijdelijk op te slaan.

Onderzoekers van QuTech demonstreren nu voor het eerst teleportatie tussen niet-naburige knooppunten, ofwel over een netwerk. Ze teleporteren quantum bits van knooppunt “Charlie” naar “Alice”, met behulp van een tussengelegen knooppunt “Bob”.

Daartoe moet er een verstrengelde toestand gemaakt worden tussen Alice en Charlie. Alice en Charlie hebben geen directe fysieke verbinding met elkaar, maar wel allebei met Bob.

Allereerst maken Alice en Bob een verstrengeling tussen hun processoren. Bob slaat dan zijn deel van de verstrengelde toestand op. Dan maakt Bob een verstrengelde toestand met Charlie. Nu wordt er een quantummechanische truc uitgehaald: door een speciale meting uit te voeren in zijn processor, geeft Bob de verstrengeling als het ware door. Resultaat: Alice en Charlie hebben een verstrengelde toestand en de teleporter is klaar voor gebruik.

De tweede stap is het aanmaken van de boodschap, ofwel de quantum bit, die geteleporteerd wordt. Dat kan bijvoorbeeld '1' zijn, of '0', maar ook quantumwaarden daar tussenin. Charlie zet deze quantum informatie klaar.

Stap drie is de daadwerkelijke teleportatie van Charlie naar Alice. Charlie voert daarvoor een gezamenlijke meting uit op zijn quantum-processor met de boodschap en op zijn helft van de verstrengelde toestand. Door deze meting verdwijnt de informatie aan de kant van Charlie en verschijnt deze aan de kant van Alice.

De quantum bit is versleuteld overgezet; de sleutel wordt bepaald door de meetuitkomst van Charlie. Charlie stuurt daarom de meetuitkomst naar Alice, waarna Alice de bijbehorende quantumoperatie doet om de quantum bit te ontsleutelen. Bijvoorbeeld door een 'bit flip': 0 wordt 1 en 1 wordt 0. Als Alice de juiste operatie heeft uitgevoerd is de quantuminformatie geschikt voor verder gebruik. De teleportatie is gelukt.

Vervolgonderzoek richt zich op het omdraaien van stap 1 en 2 van het teleportatieprotocol. Dat wil zeggen: éérst de te teleporteren quantum bit maken of ontvangen, en daarna de teleporter klaarmaken en de teleportatie uitvoeren.  

Deze volgorde is extra uitdagend omdat de te teleporteren quantum-informatie tijdens het maken van verstrengeling bewaard moet blijven. Dit brengt grote voordelen, want de teleportatie kan dan volledig op aanvraag worden uitgevoerd, wat bijvoorbeeld relevant is als de quantum-informatie de uitkomst van een lastige berekening is of als er meerdere keren moet worden geteleporteerd. Op de lange termijn zal deze teleportatie dan ook de ruggengraat gaan vormen van het quantum internet.