Deeltjes 97 km geteleporteerd

Share Button

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)

Share Button

Germen

Hoofdredacteur en analist (Visionair.nl) Expertise: biologische productiesystemen (master), natuurkunde (gedeeltelijek bachelor), informatica

Dit vind je misschien ook interessant:

9 reacties

  1. antares schreef:

    Alweer een schitterend mooi en boeiend artikel geschreven hier Germen. Knallend, welverdiend applaus hiervoor.

    De inhoud van dit artikel bracht mij op de volgende gedachte:
    Voor kwantumteleportatie van levensvormen en andere, veel atomen bevattende objecten, heb je kwantumcomputers nodig. Daar wordt hard aan gewerkt, maar veel ontwikkeling is hiervoor nog nodig. Als dit werk echter succesvol volbracht is, en gekoppelt kan worden aan kwantumteleportatie, zullen we niet alleen over een machine beschikken die ons oneindig snel verplaatst. De kwantumcomputer kan de informatie daarin gelijktijdig kopiëren, terwijl je reist. Dat kan betekenen, dat als er iets op latere leeftijd met jou zou gebeuren, men nog steeds over een volmaakte kopie van jou beschikt, maar dan weer jong en vitaal. Middels kwantumteleportatie materialiseer je dan weer  als de jonge enthousiaste wetenschapper die je was, echter zonder de vermoeidheid die het eeuwige leven anders met zich mee zou brengen. Een ander belangrijk voordeel is, dat je kan leren van de fouten die je zelf gemaakt hebt, dat is wel zo handig voor een betere toekomst en nieuwe kansen. :)

    • Paul.R schreef:

      Zeg Andre, waar kan ik me in laten schrijven? Vind het een goed plan. Mvg, Paul.
      :D

    • Germen schreef:

      Andre, ik voel m gevleid maar helaas is er in de kwantummechanica het zogeheten no cloning theorem. Oftewel: er kunnen geen kopieën van dezelfde kwantumtoestand worden gemaakt zonder de oorspronkelijke te vernietigen. Bovendien,mijzelf kennende, zou ik enorme ruzie met mezelf krijgen :)

      • antares schreef:

        Ik heb al een enorme ruzie met mijzelf gemaakt om hoe ik was, en heb geen spijt over hoe ik daar nu door ben geworden. Helemaal goed is het nog niet vind ik, maar de verbeteringen werken in het voordeel van mijn medemensen, en daardoor ook voor mijzelf, dus ik blijf er aan werken. Jij hebt samen met de andere redactieleden een geweldig blad en forum opgericht, met grote invloed op de medemensen. Wees daar met jullie allen op de redactie trots op, en zet stug door. Over het zogenaamde no cloning theorum is het laatste woord in de wetenschap nog niet gesproken, en anders ligt het sowieso in de aard van de mens, daar een passend alternatief voor te vinden. :)

        • antares schreef:

          Ha, en ik denk die oplossing gevonden te hebben. :)
          De ondertussen AI kwantumcomputer, moet zonder meer in staat zijn om een volmaakte kopie van jou te maken in z’n geheugen, zonder dat jij een teleportatieproces ondergaat. Na een volgende scanning kun je dan zonder bezwaar voor het orgineel, gaan reizen.

        • Lukas schreef:

          Geen zorgen hoor Antares, die no-cloning slaat enkel op de kwantumstaat. Er kan best een kopie van jou gemaakt worden, maar dan moet dat wel gebeuren met een andere zak moleculen. Dit is uiteraard geen zuiver fysieke teleportatie/cloning meer, maar er eentje geabstraheerd waardoor alleen de configuratie wordt gekopieerd. Dit valt niet onder de kwantumstaat.

          Het enige mogelijke probleem is dat die kloon wel een ander persoon is dan jij: het is een afzonderlijk hersenstelsel, ook al heeft het dezelfde herinneringen en persoonlijkheid. Jullie zullen niet dezelfde persoon meer zijn in ieder geval! Dus je kan niet zomaar in je kloon kruipen zonder je eigen hersenen over te plaatsen ofzo.

        • antares schreef:

          Inderdaad zoals je zegt Lukas, een helemaal afzonderlijk hersenstelsel. Goed vergelijkbaar met een tweelingbroer of zus, na verloop van tijd.

  2. I-nomad schreef:

    In Zwitserland wordt nu toch al kwantum cryptografie gebruikt voor verkiezingen en banken? De maximale afstand is 100 km. (experimenteel 250 km.)
    Ik neem aan dat het grootse voordeel van de bovenstaande technologie is dat het geheel draadloos werkt.
    Zie: http://swissquantum.idquantique.com/?-Quantum-Cryptography-  

Geef een reactie

Advertisment ad adsense adlogger