Teleportatie, zols hier in Star Trek, is tot nu toe beperkt tot de kwantumtoestand van subatomaire deeltjes en enkele atomen.

Deeltjes 97 km geteleporteerd

Een groep Chinese onderzoekers is er in geslaagd kwantumteleportatie over bijna 100 km te bereiken. Hiermee komt grootschalige vrijwel onkraakbare communicatie binnen bereik.

Kwantumteleportatie
Teleportatie is de science fictionachtige mogelijkheid om voorwerpen van de ene plaats naar de andere over te brengen zonder dat ze door de tussenliggende ruimte reizen. Dit gebeurt dan door niet het voorwerp zelf, maar de informatie van het voorwerp (tot nu toe doorgaans een subatomair deeltje) te transporteren naar en soortgelijk deeltje, dat vervolgens de identiteit van dit deeltje overneemt. Je zou in theorie bijvoorbeeld de kwantuminformatie van elk deeltje in je lichaam over kunnen dragen op een verzameling  atomen honderden kilometers ver weg. Jouw identiteit zou dan in deze nieuwe atomen zitten; kwantummechanisch gesproken zou jij deze nieuw persoon zijn (ook omdat de kwantumtoestand van je oude lichaam dan vernietigd is). Dit is in 1997 al gelukt met fotonen en wordt nu in veel laboratoria beoefend. Dit met (veel) grotere objecten doen is nog ver buiten bereik van onze techniek.

Teleportatie, zols hier in Star Trek, is tot nu toe beperkt tot de kwantumtoestand van subatomaire deeltjes en enkele atomen.
Teleportatie, zols hier in Star Trek, is tot nu toe beperkt tot de kwantumtoestand van subatomaire deeltjes en enkele atomen.

Kwantumverstrengeling
Teleportatie wordt mogelijk gemaakt door kwantumverstrengeling, een diepe en mysterieuze verbinding tussen kwantumdeeltjes die ooit met elkaar in contact kwamen en toch anno nu gescheiden van elkaar zijn in de ruimte.

Teleportatie is uitermate nuttig. Omdat geteleporteerde informatie niet door de tussenliggende ruimte reist, kan deze niet in het geheim worden afgeluisterd. Kwantumteleportatie maakt zo kwantumcryptografie mogelijk. Dit is een techniek waarmee informatie met een bijna perfecte beveiliging kan worden verzonden. Helaas is verstrengeling een  fragiele staat. Verstrengelde fotonen kunnen niet verder dan een kilometer door glasvezel reizen voor ze hun verstrengeling kwijtraken. Het  nut van kwantumcryptografie is hiermee beperkt tot korte afstanden.

4000 meter hoogte
Teleportatie door de atmosfeer blijkt meer zin te hebben. In 2010 is een Chinees team er in geslaagd fotonen over een afstand van 16 km te teleporteren. Nu kondigt hetzelfde team aan dat ze dit record hebben verbroken. Juan Yin van de University of Science and Technology of China in Shanghai meldt in een artikel dat hij en een aantal collega’s er in geslaagd zijn, verstrengelde fotonen over een afstand van 97 km, over de oppervlakte van een meer op 4000 m hoogte, te teleporteren.

Opmerkelijk is dat ze hierbij slechts een zwakke laser van 1,3 watt gebruikten, met wat optische hulpmiddelen om het licht te bundelen en te ontvangen. Het grootste probleem is hier niet het verlies van kwantumverstrengeling, maar het uitwaaieren van de bundel. Veel van de fotonen missen hierdoor het doel. Dit losten ze op door een stuurmechanisme te ontwerpen, dat de laserbundel precies op het doel gericht houdt. Met resultaat: ze slaagden er in meer dan 1100 fotonen in 4 uur te teleporteren over een afstand van 97 km.

Beveiligde communicatie met satellieten
Dit is interessant, want de omstandigheden zijn vergelijkbaar met die voor satellietcommunicatie. De groep concludeert dan ook dat beveiligde kwantumcommunicatie met satellieten mogelijk is. Kwantumcommunicatie met en tussen satellieten, over afstanden van duizenden kilometers, zou ultraveilige communicatie opleveren over de gehele wereld. Heel wat meer dan de enkele kilometers die nu met commerciële kwantumcryptografische apparatuur te bereiken is. 4000 fotonen in enkele uren is uiteraard niet indrukwekkend veel, maar toch. Dit zal in de toekomst verveelvoudigen. Het lijkt er dus op dat grootschalige beveiligde communicatie nu echt binnen bereik komt. Slecht nieuws voor afluisternetwerken als Echelon en dergelijke.

Bron:
Juan Yin et al., Teleporting Independent Qubits Through A 97 Km Free-Space Channel, ArXiv (2012)