Kwantumalfabet: Wetenschappers ontdekken een 48-dimensionale wereld binnen een gewone lichtstraal

Een onderzoeksteam van de Universiteit van Ottawa heeft, in nauwe samenwerking met natuurkundigen van het Max Planck Instituut, in maart 2026 een wetenschappelijk artikel gepubliceerd dat ons begrip van de aard van fotonen fundamenteel verandert. Uit het onderzoek blijkt dat licht niet louter een elektromagnetische golf is, maar een uiterst complex geometrisch object dat over verborgen dimensies beschikt. De wetenschappers zijn erin geslaagd om licht zodanig te structureren dat het 48 verschillende toestanden aannam, in de vorm van topologische knopen, waarbij elke knoop een unieke eenheid aan informatie kan bevatten.

In deze specifieke optische context verwijzen de 48 dimensies niet naar parallelle werelden uit de sciencefiction, maar naar de zogenaamde vrijheidsgraden van een foton. Waar we traditioneel alleen gebruikmaken van de amplitude en de frequentie van licht, maakt deze nieuwe ontdekking het mogelijk om het orbitaal impulsmoment (OAM) en complexe polarisatie in te zetten. Hierdoor wordt er binnen een enkele lichtstraal een structuur gecreëerd die vergelijkbaar is met een oneindig gewikkelde spiraal of een ingewikkeld multidimensionaal doolhof.

Dr. Ebrahim Karimi, mededirecteur van het Instituut voor Kwantumtechnologieën, legt de betekenis van deze innovatie uit aan de hand van een treffende metafoor. Hij stelt dat we voorheen informatie verstuurden in de vorm van brieven in platte enveloppen. Met deze nieuwe techniek kunnen we die brieven echter vouwen tot de meest complexe origamifiguren, waarbij elke individuele vouw een nieuwe laag aan informatie vertegenwoordigt. Op deze manier wordt data gecodeerd in de fysieke vorm van het licht zelf.

De mogelijkheden voor dataoverdracht worden door deze ontdekking drastisch uitgebreid, vooral als we kijken naar de resistentie tegen hacking. Bij standaard glasvezelverbindingen wordt gebruikgemaakt van een enkele stroom fotonen, wat een relatief lage beveiliging biedt omdat onderschepping mogelijk is. De huidige kwantumcryptografie in 2D werkt met twee toestanden (0 en 1) en biedt een hoge mate van veiligheid, maar het nieuwe topologische licht met 48 onafhankelijke toestanden tilt dit naar een ongekend niveau.

Dankzij het principe van kwantumverstrengeling biedt deze 48-dimensionale methode een vorm van absolute veiligheid. Omdat er 48 onafhankelijke toestanden tegelijkertijd kunnen worden gebruikt, is de complexiteit voor onbevoegden onmogelijk te doorgronden. Dit maakt de weg vrij voor communicatienetwerken die inherent immuun zijn voor externe aanvallen of datalekken, wat een cruciale vereiste is voor de digitale infrastructuur van de toekomst.

Een van de grootste uitdagingen bij moderne kwantumcomputers is de noodzaak voor extreme koeling om de stabiliteit van de systemen te waarborgen. Fotonen hebben echter het grote voordeel dat zij nauwelijks interactie vertonen met hun omgeving. Het gebruik van 48-dimensionaal licht maakt het mogelijk om uiterst complexe berekeningen direct uit te voeren binnen optische chips bij kamertemperatuur, zonder dat daarvoor kostbare en energie-intensieve koelinstallaties nodig zijn.

Deze doorbraak maakt het zogenaamde kwantuminternet binnen het komende decennium tot een tastbare realiteit. Met de mogelijkheid om dataoverdrachtssnelheden in de orde van terabits per seconde te behalen, terwijl het risico op lekken tot nul wordt gereduceerd, staan we aan de vooravond van een technologische revolutie. De ontdekking van de Universiteit van Ottawa en het Max Planck Instituut markeert hiermee een historisch punt in de evolutie van de kwantumfysica en de wereldwijde communicatietechnologie.