Nieuwe kwantumstrategie: Spinqubits zorgen voor een revolutie in de technologie!

Nieuwe kwantumstrategie: Spinqubits zorgen voor een revolutie in de technologie!

De wereld van de kwantumtechnologieën wordt geconfronteerd met opwindende ontwikkelingen die het potentieel hebben om de informatieverwerking fundamenteel te revolutioneren. Bij het Karlsruhe Institute of Technology (KIT) werken onderzoekers aan innovatieve methoden om spinqubits te verbeteren, die cruciaal zijn voor quantum computing en andere toepassingen. Elektronen, die hun eigen impulsmoment hebben, de spin, fungeren als kleine magneten en kunnen functioneren als kwantumbits bij de verwerking van kwantuminformatie. Deze qubits kunnen niet alleen de klassieke toestanden 0 en 1 aannemen, maar ook superposities, waardoor de informatiedichtheid en de systeemcomplexiteit aanzienlijk toenemen. Deze veelzijdigheid maakt spinqubits bijzonder veelbelovend voor toekomstige toepassingen in kwantumcommunicatie, uiterst nauwkeurige detectie en als opslagapparaat in kwantumcomputers, zoals KIT gemeld.

Een bijzondere uitdaging is het ontwerp en de controle van spinstructuren op atomair niveau. Dit omvat ook het niet-destructief lezen van informatie. In hun nieuwste publicatie in Nature Communications presenteren KIT-wetenschappers een nieuwe strategie om de levensduur en controle van moleculaire spinqubits te verbeteren. Deze strategie is gebaseerd op een dubbele magneetstructuur die twee ijzeratomen in één molecuul integreert. Eén ijzeratoom is permanent ingebed in het molecuul, terwijl het andere selectief is gekoppeld om nauwkeurige interactie mogelijk te maken. Deze structuur beschermt het resterende deel van het systeem en verlengt de levensduur van de spin vijf keer. Deze complexe structuur wordt gecreëerd met behulp van de fijne punt van een scanning tunneling microscoop. Het is vermeldenswaard dat deze specifieke regeling in de natuur niet voorkomt en dat toekomstige modulaire moleculen stabielere eenheden voor kwantumtechnologieën zouden kunnen vormen.

Potentieel voor kwantumcommunicatie en beveiliging

Parallel aan deze ontwikkelingen op het gebied van de verwerking van kwantuminformatie werkt het Fraunhofer Instituut aan het gebruik van verstrengelde kwanta om communicatie te garanderen en de beeldvorming te verbeteren. Dr. Erik Beckert heeft een fotonenbron ontwikkeld die maar liefst 300.000 verstrengelde fotonparen per seconde produceert. Deze tweelingfotonen zijn met elkaar verbonden, waardoor het meten van het ene foton de toestand van het andere foton onthult - een eigenschap die kan worden gebruikt voor fysieke codering om hacking en datalekken te voorkomen. Beckert legt uit dat toekomstige kwantumsleutels via satelliet naar communicatiepartners kunnen worden gedistribueerd. Als er een afluisterpoging zou worden gedaan, zou de verstrengeling worden gedoofd, waardoor de interferentie detecteerbaar wordt.

De eerste Europese kwantumencryptiesatelliet zal naar verwachting in 2022 de ruimte in worden gelanceerd, en Beckert en zijn team zijn betrokken bij de ontwikkeling ervan. Kwantumencryptie is van bijzonder belang voor de financiële sector, telecommunicatieaanbieders en overheidsorganisaties. Het QuNET-project wordt gelanceerd in een alomvattend initiatief waarbij Fraunhofer, Max Planck en DLR betrokken zijn. Het doel van dit project is het bouwen van een zeer veilig communicatienetwerk tussen overheidslocaties, met als langetermijndoel het mogelijk maken van kwantumcryptografisch beveiligd online bankieren.

Ontwikkelingen in kwantumcommunicatie

Daarnaast werken zeventien partners uit Europa in het UNIQORN-project om betaalbare kwantumcommunicatie voor de massamarkt te creëren. Bij Fraunhofer HHI in Berlijn worden geminiaturiseerde en kwantumcompatibele componenten ontwikkeld die mogelijk in routers kunnen worden geïntegreerd. Het doel is om de kosten van kwantumcommunicatie met maximaal 90 procent te verlagen. Deze technologische vooruitgang belooft niet alleen informatie veilig te houden, maar zal ook een revolutie teweegbrengen in de manier waarop we mondiale communicatie begrijpen.

Over het geheel genomen bevinden we ons op een keerpunt in het onderzoek naar kwantumarchitecturen en hun praktische toepassingen. Spinqubits en kwantumcommunicatie kunnen de basis leggen voor een nieuw tijdperk in informatieverwerking en tegelijkertijd de gegevensbeveiliging garanderen in een steeds meer gedigitaliseerde wereld.