Skip to content
Home » Welke rol speelt kwantumverstrengeling bij versleutelde communicatie?

Welke rol speelt kwantumverstrengeling bij versleutelde communicatie?

    Welke rol speelt kwantumverstrengeling bij versleutelde communicatie?
    Kwantumverstrengeling

    De wetenschappers die dinsdag (4 oktober) de Nobelprijs voor de natuurkunde ontvingen, hebben ons begrip van dergelijke werelden verkend en verdiept waarin alles wat we weten op zijn kop wordt gezet.

    Foto: iStock

    De wereld die je om je heen ziet, volgt de klassieke mechanica en de dingen worden pas echt bizar als je je blik minimaliseert tot het niveau van fundamentele deeltjes waaruit het universum bestaat.

    Wat voor invloed heeft dat op mij? Welnu, de kwantumwereld, en een van zijn belangrijkste elementen, verstrengeling genaamd, heeft een enorm potentieel voor nieuwe manieren om informatie op te slaan, over te dragen en te verwerken. De wetenschappers die dinsdag (4 oktober) de Nobelprijs voor de natuurkunde ontvingen, hebben ons begrip van dergelijke werelden verkend en verdiept, waarin alles wat we weten op zijn kop wordt gezet.

    Wie zijn de winnaars? De prijs wordt gedeeld door drie winnaars: Alain Aspect, professor aan de Université Paris-Saclay en École Polytechnique, Palaiseau, Frankrijk, John F. Clauser, JF Clauser & Assoc., Walnut Creek, CA, VS, en Anton Zeilinger, professor aan de universiteit van Wenen, Oostenrijk.

    Gerelateerd nieuws

    Nobelprijs voor natuurkunde gezamenlijk gewonnen door Alain Aspect John F Clauser en Anton Zeilinger

    Nobelprijs voor natuurkunde gezamenlijk gewonnen door Alain Aspect, John F. Clauser en Anton Zeilinger

    Wat deden ze? Volgens de nobelprize.org werden de natuurkundigen beloond “voor experimenten met verstrengelde fotonen, het vaststellen van de schending van Bell-ongelijkheid en baanbrekende kwantuminformatiewetenschap”.

    Wat is verstrengeling? Kwantummechanica maakt het mogelijk dat twee of meer deeltjes in verstrengelde toestanden bestaan ​​- dit betekent dat wat er met het ene deeltje gebeurt, onmiddellijk met het andere deeltje gebeurt, zelfs als ze door een afstand van elkaar gescheiden zijn.

    Waarom is dit vreemd? Dit daagt onze perceptie van de werkelijkheid uit. De ene gebeurtenis kan alleen een andere gebeurtenis beïnvloeden als er informatie tussen hen wordt uitgewisseld. Maar in de kwantumwereld reflecteert de informatie tegelijkertijd in beide deeltjes zonder dat er een signaal wordt uitgewisseld.

    Hoe weten we dat er niets anders aan het werk is? Dat dachten wetenschappers ook. Dus zochten ze naar mazen in de wet. Men geloofde dat de deeltjes waarschijnlijk enkele ‘verborgen variabelen’ hadden die de uitkomst vooraf bepaalden. Maar uit verschillende experimenten bleek dat dit niet het geval was. De deeltjes (zoals fotonen of lichtdeeltjes) hadden een sterke correlatie. Bij het experiment werd gekeken of twee partnerfotonen onder een bepaalde hoek door een filter glippen. John Clauser ontdekte dat “de kans dat één deeltje doordringt, afhangt van de hoek van het filter dat de polarisatie van zijn partner aan de andere kant van de experimentele opstelling testte. ”
    Wat als er mazen waren in de meting? Er kunnen inefficiënties zijn geweest omdat de opstelling niet goed was in het produceren of vangen van deeltjes en de filters vooraf onder bepaalde hoeken waren ingesteld. Misschien heeft het systeem alleen deeltjes gedetecteerd die een sterke correlatie hadden? Alain Aspect nam deze twijfel weg. Hij ontwikkelde een opstelling waarin hij de fotonen kon meten die door het filter gingen en de fotonen die dat niet deden. Dit gaf betere metingen.
    Wat zijn de toepassingen? Het feit dat kwantumtoestanden kunnen worden gemanipuleerd en informatie die tussen twee systemen wordt gedeeld, heeft enorme toepassingen. De onderzoeksgroep van Anton Zeilinger verbreedde de reikwijdte van kwantumverstrengeling in ons dagelijks leven door experimenteel aan te tonen dat als één deeltje van elk paar verstrengelde deeltjes op een bepaalde manier wordt samengebracht (waardoor ze verstrengeld raken), de ongestoorde deeltjes in elk paar verstrikt kunnen raken ondanks nooit met elkaar in contact zijn geweest. Deze ‘entanglement swapping’ helpt om informatie over grotere afstanden te vervoeren.

    Hoe wordt deze informatie bewaard? Wat bekend staat als ‘kwantumteleportatie’ is de enige manier om kwantuminformatie van het ene systeem naar het andere over te brengen zonder er iets van te verliezen. Een kwantumsysteem heeft talloze versies van een eigenschap die tegelijkertijd bestaan ​​totdat er een meting wordt gedaan. De versie die overblijft is degene die is waargenomen toen de meting plaatsvond. De andere versies verdwijnen en er is niets over hen bekend. Men kan geen identiek verstrengeld systeem construeren omdat elke versie van de eigenschap samen voorkomt en elke versie een bepaalde kans heeft om uitgedrukt te worden.

    Wat gebeurt er nu? Kwantummechanica kan communicatienetwerken ultraveilig maken door gebruik te maken van de hierboven beschreven natuurkundige wetten. Tegenwoordig worden gevoelige gegevens versleuteld en via glasvezelkabels verzonden. Als kwantumdeeltjes die bekend staan ​​als kwantumbits of qubits worden gebruikt om de informatie over te dragen, kunnen ze niet worden waargenomen door een hacker terwijl ze onderweg zijn, omdat ze in één staat zouden instorten.

    Simpel gezegd, kwantumverstrengeling en teleportatie enz. kunnen worden gebruikt voor een toekomstig kwantuminternet dat veiliger is, hoewel het opschalen hiervan een enorme technische uitdaging zal zijn.

    .