Onderzoekers van de Universiteit van Pennsylvania hebben een belangrijke stap gezet richting een kwantuminternet door met succes kwantumsignalen te verzenden via bestaande glasvezelkabels. Deze doorbraak, die het mogelijk maakt kwantuminformatie te versturen met behulp van standaard internetprotocollen, is veelbelovend voor de toekomstige ontwikkeling van een kwantuminternet.
Professor Liang Feng, een vooraanstaand onderzoeker, benadrukte het belang van deze vooruitgang. In tegenstelling tot eerdere kwantumcommunicatie-experimenten die beperkt waren tot geïsoleerde laboratoria of gespecialiseerde infrastructuur, integreert deze nieuwe benadering kwantumsignalen in reële netwerken. Het team ontwikkelde een speciale kwantumchip, de Q-Chip (Quantum-Classical Hybrid Internet by Photonics), die kwantuminformatie verzendt naast klassieke signalen op dezelfde glasvezelkabels, conform de standaard internetprotocollen.
Kwantumcomputers maken gebruik van qubits, die tegelijkertijd in meerdere toestanden kunnen bestaan, in tegenstelling tot de bits in klassieke computers. De verstrengeling tussen qubits zorgt ervoor dat data verbonden blijft, ongeacht de afstand. Kwantuminformatie is echter extreem gevoelig en fragiel; het stort in elkaar bij observatie, wat leidt tot informatieverlies. Traditionele internetrouters, ontworpen voor klassieke datapakketten, kunnen kwantuminformatie niet verwerken zonder deze te vernietigen. Hier biedt de Q-Chip uitkomst.
De Q-Chip lost dit probleem op door een klassieke "header" aan elk kwantumsignaal te koppelen. Deze header, gecodeerd via glasvezellaserpulsen, bevat routerings- en timinginformatie. Routers lezen deze header om de data naar de beoogde bestemming te leiden zonder het kwantumsignaal te verstoren. Hierdoor kunnen kwantum- en klassieke signalen gelijktijdig en synchroon over dezelfde glasvezelkabel worden verzonden.
Feng beschreef deze technologie als een "belangrijke stap richting het verzenden van kwantumsignalen zonder degradatie over bestaande infrastructuur". Het team testte hun systeem met een glasvezellijn van één kilometer, geleverd door Verizon. Het kwantumsignaal reageerde op omgevingsruis op vergelijkbare wijze als een klassiek signaal. In dit scenario hielp het klassieke signaal bij het corrigeren van het beschadigde signaal, waardoor de kwantuminformatie veilig zijn bestemming bereikte. Deze test toont de haalbaarheid aan van het verzenden van kwantuminformatie compatibel met bestaande infrastructuur.
Toekomstige ontwikkelingen suggereren dat de op silicium gebaseerde structuur van de Q-Chip massaproductie via huidige fabricageprocessen zal vergemakkelijken. Feng verklaarde dat deze technologie een fundamentele stap vertegenwoordigt voor de lancering van de eerste fasen van een kwantuminternet in lokale en stedelijke netwerken. Deze ontwikkeling wordt erkend als een veelbelovende stap voor de toekomst van het kwantuminternet en wekt aanzienlijke opwinding binnen de wetenschappelijke gemeenschap.
Een van de belangrijkste toepassingen van een toekomstig kwantuminternet is de revolutionering van gegevensbeveiliging, met name via Quantum Key Distribution (QKD), dat onkraakbare communicatiekanalen mogelijk maakt. Ondanks de vooruitgang blijven er uitdagingen bestaan, zoals de kwetsbaarheid van kwantumtoestanden en de ontwikkeling van betrouwbare kwantumrepeaters.