China lanceert kwantumsatelliet voor onhackbare communicatie
Gisterennacht lanceerde China de revolutionaire QUESS-satelliet. QUESS staat voor Quantum Experiments at Space Scale. De satelliet moet een kwantumcommunicatienetwerk pionieren. De kunstmaan maakt gebruik van kwantumverstrengeling en kwantumteleportatie om gegevens te verzenden.
Kwantumcommunicatie
Kwantumcommunicatie is een erg nieuw veld en tests met een satelliet gebeurden nog nooit eerder. QUESS zal praten met speciale kwantumgrondstations in China, maar ook in Europa. De satelliet, die in een zonsynchrone baan om de aarde zweeft, moet onderzoekers praktijkervaring geven met kwantumcommunicatie tussen de grond en de ruimte.
Kwantumteleportatie heeft ondanks de naam niet zo veel met teleportatie te maken. Communicatie verloopt via zogenaamde Qubits, kwantumversies van een klassieke computerbit. Een qubit is verbonden aan een kwantumpartikel. Kwantumteleportatie maakt het mogelijk om de qubit naar een andere locatie te sturen zonder dat onderliggende partikel te verplaatsen.
Kwantumteleportatie
Kwantumteleportatie bestaat uit twee delen. Eerst moet er een kwantumverstrengeling plaatsvinden tussen de communicatiebron (het grondstation) en de ontvanger (de satelliet). De verstrengeling zorgt er voor dat twee partikels in een erg unieke staat terecht komen. De staat van het ene partikel is onlosmakelijk verbonden met de staat van het andere en beiden kunnen niet afzonderlijk beschreven worden. De verstrengeling gebeurt onafhankelijk van de afstand: verstrengelde partikels blijven dat of ze nu naast elkaar liggen, zich respectievelijk op de grond of in de ruimte bevinden, of zelfs lichtjaren van elkaar verwijderd zijn.
Kwantumverstrengeling
Verandert de staat van één van de verstrengelde partikels, van verandert de staat van het andere ook en wel onmiddellijk, ongeacht de afstand. Om het fenomeen te gebruiken voor communicatie moet er echter een qubit van de bron naar de ontvanger verzonden worden, spelen met de verstrengelde partikels volstaat niet. Die qubit wordt verzonden door de eigenlijke ‘teleportatie’. Concreet wordt een laser gebruikt om twee bits met informatie over een qubit naar de satelliet te sturen. Slechts met de hulp van die bits kan het andere paar van de verstrengelde kwantumpartikels ‘gelezen’ worden.
De laser vertraagt het hele communicatieproces. De verstrengelde partikels veranderen onmiddellijk van staat los van hun afstand en dus ook los van de lichtsnelheid. Omdat een deel van kwantumcommunicatie via klassieke kanalen gaat, helpt de techniek niet om sneller dan het licht te communiceren.
Kwantum-magie
Kwantumcommunicatie is met dank aan kwantumregels compleet onkraakbaar om de eenvoudige reden dat de communicatie niet succesvol onderschept kan worden. De gegevens kunnen immers enkel ontcijferd worden met de hulp van de verstrengelde partikels, de informatie verzonden met de laser is op zich waardeloos. De verstrengelde partikels praten met elkaar zonder dat er straling aan te pas komt. Wanneer spionnen er toch in zouden slagen te kijken naar de verstrengelde partikels, zouden ze verstuurde informatie meteen vernietigen. Een kwantumverstrengeling ‘weet’ immers wanneer ze geobserveerd wordt, en de actie van het observeren verandert de kwantumstaat, zodat de helft van de versleutelde informatie in essentie verloren gaat.
Onderzoekers zullen QUESS eerst gebruiken om na te gaan of kwantumverstrengeling inderdaad behouden blijft over een grotere afstand. Huidige voorspellingen zijn wat dat betreft immers louter theoretisch. Vervolgens zullen ze kwantumteleportatie gebruiken voor de kwantumcommunicatie. Loopt alles naar wens, dan zal China 19 gelijkaardige satellieten de ruimte in schieten met de intentie een kwantumnetwerk op te zetten dat dekking biedt over de hele aarde.
