Revolutie in kwantumonderzoek: wetenschappers uit Paderborn stellen nieuwe normen!

Revolutie in kwantumonderzoek: wetenschappers uit Paderborn stellen nieuwe normen!

Wetenschappers van de Universiteit van Paderborn hebben baanbrekende vooruitgang geboekt in het kwantumonderzoek. In een nieuw project is een cryogeen circuit ontwikkeld dat wordt gebruikt om lichtkwanta (fotonen) veel sneller te controleren en te manipuleren. Deze innovatie is niet alleen belangrijk voor quantum computing, maar zou ook revolutionaire toepassingen kunnen hebben in communicatie en simulatie.

De resultaten van dit onderzoek zijn gepubliceerd in het vakblad Optica. Onderzoekers konden lichtpulsen bestaande uit individuele fotonen actief manipuleren, wat mogelijk werd gemaakt door gebruik te maken van een zogenaamde ‘feedforward operatie’. Deze methode maakt real-time meting en controle van de lichtstroom mogelijk, waardoor eerdere technische beperkingen die tijdvertragingen veroorzaakten bij meting, verwerking en controle aanzienlijk worden verminderd. De nieuwe technologie slaagt erin deze vertragingen te minimaliseren tot minder dan een kwart miljardste van een seconde.

Technische innovaties en samenwerkingen

Een team onder leiding van Dr. Frederik Thiele en Niklas Lamberty van de werkgroep “Mesoscopic Quantum Optics” gebruikte ultramoderne supergeleidende detectoren om de lichtkwanta nauwkeurig te meten. Dit elektronische circuit werkte bij extreem lage temperaturen van zo'n -270 graden Celsius, wat cruciaal was voor het zonder noemenswaardige vertraging verwerken van de signalen. Ook bleek dat de schakeling minder warmte genereert, wat van groot belang is voor werking in cryostaten.

Gecombineerd onder de projectnaam ARCTIC (“Advanced Research on Cryogenic Technologies for Innovative Computing”) heeft het onderzoek tot doel een Europese toeleveringsketen voor cryogene fotonica en micro-elektronica op te zetten. Bij dit project zijn ongeveer 36 Europese toponderzoeksinstituten, industriële productiefaciliteiten en applicatiepartners betrokken. Samen werken ze aan de ontwikkeling van schaalbare ICT-microsystemen, die van cruciaal belang zijn voor de quantumcomputerindustrie.

Perspectieven voor kwantumcommunicatie

De snelle en nauwkeurige controle van fotonen heeft niet alleen gevolgen voor quantum computing, maar opent ook veelbelovende perspectieven voor quantumcommunicatie. Deze technologie maakt afluistervrije uitwisseling van sleutels mogelijk voor het coderen van veiligheidsrelevante informatie. In tegenstelling tot algoritmische cryptografiemethoden is de veiligheid van kwantumcommunicatie gebaseerd op de fysieke principes van kwantumverstrengeling en het superpositieprincipe. Fraunhofer IOF, dat samenwerkt met partners uit de industrie en het bedrijfsleven, ontwikkelt de basis voor kwantumcommunicatiesystemen en optische linktechnologieën.

Het QuNET-project speelt hierin een bijzondere rol, met als doel quantumcommunicatie in hoogbeveiligde netwerken te gebruiken. In de eerste fase van het project zal een sleutelexperiment worden uitgevoerd, dat onder meer een technologiedemonstrator omvat die een veilige verbinding tussen twee gebouwen mogelijk maakt via een optische verbinding met vrije straal. Deze ontwikkelingen zouden de veiligheidsnormen in moderne communicatie aanzienlijk kunnen verhogen.

Vooruitgang op het gebied van cryogene technologie en kwantumcommunicatie vertegenwoordigt niet alleen een technische mijlpaal, ze demonstreert ook de mogelijkheden die inherent zijn aan de volgende generatie kwantumprocessors en ICT-toepassingen. Samenwerking tussen onderzoeksinstellingen en de industrie zal van cruciaal belang zijn om deze technologieën te blijven ontwikkelen en in toepassingen te brengen.