Nederlandse wetenschappers manipuleren fotonvorm voor kwantumnetwerk

Onderzoekers van de Technische Universiteit Eindhoven hebben een manier bedacht om binnen een miljardste seconde controle te krijgen op de vorm van fotonen. Het experiment is van belang voor de ontwikkeling van informatieoverdracht tussen kwantumcomputers.

De wetenschappers van de TU/e en het FOM voorzagen een fotonisch kristal van halfgeleidermateriaal dat fotonen kan uitzenden. Zo'n quantum dot in kristal noemen onderzoekers een optische trilholte en het kristal dient als filter. Door extreem korte elektrische pulsen aan te brengen, bepaalden ze hoe de quantum dot interacteert met de trilholte en hoe het foton wordt uitgezonden. Door de sterkte af te wisselen konden ze daarbij de vorm van het foton bepalen.

Dit manipuleren van de verzending is eerder gedaan, maar nog nooit zo snel. "De energie van een foton strekt zich slechts over één nanoseconde uit, dus als je iets wilt aanpassen, moet je dat binnen die tijd doen", legt onderzoeksleider Andrea Fiore van de TU Eindhoven uit. Hij maakt hierbij de vergelijking met de sluitertijd van een camera.

Het experiment betekent een stap voorwaarts voor de ontwikkeling van een kwantuminternet: het brengt zeer efficiënte uitwisseling van fotonen dichterbij. De precieze beheersing is nodig om tot een symmetrische vorm van fotonen te komen. Van nature hebben fotonen die door atomen worden uitgezonden geen symmetrische vorm, maar voor informatieoverdracht is dat wel vereist. Wetenschappers kunnen nu experimenteren met het produceren van enkele, te manipuleren fotonen die op termijn gebruikt kunnen worden om informatie te encoderen.

Dat moet op zijn beurt tot een kwantumnetwerk leiden. Een van de beoogde doelen van kwantumcomputers is dat ze ingezet gaan worden voor zeer sterke versleuteling en het kraken van encryptie. Een kwantumnetwerk moet dan zorg dragen voor de beveiligde overdracht van kwantuminformatie.

De wetenschappers beschrijven hun onderzoek in het artikel Dynamically controlling the emission of single excitons in photonic crystal cavities in het wetenschappelijk tijdschrift Nature Communications.

Nature Dynamically controlling the emission of single excitons in photonic crystal cavities

Door Olaf van Miltenburg

Nieuwscoördinator

16-12-2014 • 13:04

46

Lees meer

Reacties (46)

Sorteer op:

Weergave:

Het gaat hier niet over de vorm van een foton maar om de 'waveform'.
yep, we kunnen geen foton meten zonder contact op die of kleinere schaal van grootte
oftewel zonder het te veranderen en sowieso niet vanuit alle (oneindige? resolutie..) hoeken tegelijkertijd
we meten de gevolgen van wat we de impact van zo'n photon noemen en de golvingen om hem heen die wij meten in wat wij golflengten noemen

maar persoonlijk denk ik dat wij als mensen sowieso altijd achter de feiten aanlopen omdat we op zoek zijn naar deeltjes terwijl er geen daadwerkelijk losse deeltjes hoeven zijn
alleen verschilt de overdraagbaarheid op verschillende schalen van grootte en omringende invloeden terwijl we in principe tot in de oneindigheid de zelfde vloeistof-achtige wet.gedrag blijven vinden en nooit een deeltje waaraan we alles kunnen toeschrijven

zo heb ik ooit eens gelezen "how deep down the center of a sphere can you go"
kan een best inspirerende gedachte zijn

zo hoeven zwarte gaten geen gaten te zijn maar een golfbeweging binnen materie van buiten af in eerste instantie

[Reactie gewijzigd door Verwijderd op 22 juli 2024 20:03]

Het gaat hier niet over de vorm van een foton maar om de 'waveform'.
Dat is hetzelfde.
Een foton is een 'waveform'.
Een van de beoogde doelen van kwantumcomputers is dat ze ingezet gaan worden voor zeer sterke versleuteling en het kraken van encryptie.
Voor kwantumencryptie is geen kwantumcomputer nodig, maar slechts kwantumcommunicatie-apparatuur. Het kraken van veelvoorkomende methodes van reguliere encryptie is dan weer een koud kunstje voor een kwantumcomputer, wat de noodzaak voor kwantumencryptie doet stijgen, dus in dat opzicht zijn de twee wel aan elkaar gelinkt.
Het kraken van encryptie wordt veelal als voordeel van kwantumcomputers genoemd. Is het echter niet een nadeel? Ik moet direct denken aan Bitcoin; zou deze virtuele valuta niet meteen waardeloos zijn zodra iemand zo'n kwantumcomputer bouwt?
De algoritmes die de blockchain gebruikt zijn voor zover bekend niet makkelijker te kraken met een kwantumcomputer.
Ik neem aan dat het Bitcoin protocol zich dan zou moeten aanpassen op basis van een nieuw geavanceerd quantum-algoritme, dat geldt ook voor alle andere gangbare algoritmes.
Kraken zal zich dan (meer) verplaatsen van het netwerk naar de uiteindelijke computer. Je sluit dus alleen MITM attacks uit.
Ik las een jaar geleden over kwantumexperimenten waarbij op positie A op aarde iets veranderde en op de positie B, ergens anders op aarde, de waarde ook mee veranderd. Klopt dit of heb ik dit verkeerd gelezen? Indien het zo is, en alles met elkaar verbonden is, zou dit wel een sleutel zijn tot verbinding in de ruimte, communicatie is direct, geen data oversturen via laser verbindingen of iets dergelijks. Ook een internet 'bouwen' zonder kabels. Iemand enige uitleg?
je bedoeld quantum entanglement?
Yes, ik zat na mijn post zelf ook even te googlen, schijnt dat de record afstand op 143km ligt...
Maar dit is inderdaad een prima mogelijkheid voor het vervangen van antennes, al zal het nog lang duren voor dit werkt. De tijd die het kost kunnen we helaas niet verminderen, ook informatie gaat niet sneller dan c.
Wikipedia hierover:
Observaties betreffende verstrengelde staten lijken in strijd te zijn met de eigenschap van de relativiteitstheorie dat informatie niet sneller kan reizen dan de lichtsnelheid. Hoewel twee verstrengelde systemen elkaar lijken te beïnvloeden over grote afstand in de ruimte, is de huidige opinie dat geen bruikbare informatie op deze wijze overgebracht kan worden, wat betekent dat de 'oorzakelijke natuurkunde' niet geschonden wordt door verstrengeling. Dit is de geen-communicatie-stelling ("no-communication theorema").

Zelfs als informatie niet verzonden kan worden door verstrengeling alleen, wordt aangenomen dat het mogelijk is om informatie over te brengen door een set van verstrengelde staten te gebruiken in combinatie met een klassiek informatiekanaal. Dit proces staat bekend als kwantumteleportatie. Ondanks de naam staat kwantumteleportatie mogelijk nog niet toe dat informatie sneller dan de lichtsnelheid verzonden wordt, omdat er een klassiek communicatiekanaal voor nodig is.
Ik las een jaar geleden over kwantumexperimenten waarbij op positie A op aarde iets veranderde en op de positie B, ergens anders op aarde, de waarde ook mee veranderd.
Je kunt dit helaas niet gebruiken om sneller/verder mee te communiceren. Communicatie is het verzenden van informatie en informatie gaat niet sneller dan de lichtsnelheid.
Om te begrijpen wat je op positie B leest heb je een stukje 'normale' informatie nodig van plek A. Die informatie moet dus alsnog 'normaal' worden gecommuniceert van A naar B.

Edit: Overigens gaat dit een beetje off topic. Op zich heeft quantumverstrengeling niet direct iets te maken met waar dit artiekel over gaat.

[Reactie gewijzigd door koelpasta op 22 juli 2024 20:03]

Over een tijdje kan het ene foton van het verstengeld paar op locatie A zijn en het andere foton van het verstengeld paar op locatie B zijn. Door het foton op locatie A te beïnvloeden verandert het foton op locatie B mee, door deze weer uit te lezen weet je wat de informatie moet zijn. Normaal is hiermee de verstengeling verbroken, maar door gebruik te maken van een tweede paar verstengelde fotonen kan je de verstengeling van het een paar verstengelde fotonen op locatie A en B in stand houden.
http://news.sciencemag.or...tons-dont-exist-same-time
http://www.extremetech.co...ns-through-space-and-time
Door het foton op locatie A te beïnvloeden verandert het foton op locatie B mee, door deze weer uit te lezen weet je wat de informatie moet zijn.
Maar om te weten hoe je de meting van foton B moet relateren aan foton A moet je alsnog een stukje 'classieke' informatie over foton A oversturen.

Als er iets basaals is in dit universum dan is het wel informatie. Daar zitten grenzen aan waar zelfs Steven Hawking mee moet leren leven. :)

[Reactie gewijzigd door koelpasta op 22 juli 2024 20:03]

Uhm.. als locatie B een horizontale polarisatie heeft dan weet je dat locatie A een verticale polarisatie had. Welke informatie moet dan alsnog worden overgezonden?
Je kunt foton A niet zomaar in een bepaalde toestand dwingen, dan hef je de verstrengeling tussen A en B op.
Effectief moet je gewoon kijken (meten) wat A op dat moment is, die informatie oversturen naar B (of andersom) en dan kijken of ze tegenovergesteld zijn.
Het woord 'meten' heeft in de quantummechanica een bijzondere betekenis.
Als je iets 'meet' dan ga je eigenlijk een band aan met een deeltje en dat verstoort of verbreekt andere banden. Meten verstoort/bepaalt de toestand.

Je hebt uiteindelijk een stukje informatie nodig die je vertelt welke toestand A aan heeft genomen. Klinkt lullig maar het is zo.

Het is allemaal heel raar en ik kan het niet dieper uitleggen want ik snap het ook niet. Ga er maar van uit (of lees erover) dat je bij het overbrengen en meten van quantuminformatie alsnog wat 'klassieke' informatie moet overbrengen, anders kun je de informatie niet decoderen.
als locatie B een horizontale polarisatie heeft dan weet je dat locatie A een verticale polarisatie had. Welke informatie moet dan alsnog worden overgezonden?
Het probleem is dat het meten aan B gelijk ook invloed heeft op A. Je weet door het op zich meten van B dus niet wat A oorspronkelijk was.
Via de omweg van klassieke informatie kun je er dan achter komen dat ze hetzelfde waren of niet.
Nou ben ik geen expert, maar volgens mij kan je het foton op locatie A wel in een toestand zetten en daarmee verandert de toestand van het foton op locatie B. Zolang je niets uitleest laat je de verstrengeling in tact en kan je de staat van het foton op locatie A veranderen.

http://phys.org/news193551675.html
In quantum teleportation two photons or ions (for example) are entangled in such a way that when the quantum state of one is changed the state of the other also changes, as if the two were still connected. This enables quantum information to be teleported if one of the photons/ions is sent some distance away.
Bij het uitlezen van het foton op locatie B wordt de verstrengeling verbroken en hierin kan een tweede paar verstrengelde fotonen wellicht uitkomst in gaan bieden.

En hoe zit het dan volgens jouw in een quantum computer waar alle qubits verstrengeld zijn, want wordt de verstrengeling bij elke bewerking, via quantum logic gates, dan verbroken en zou deze voor elke nieuwe bewerking dan weer opgezet moeten worden? Volgens mij zou dat juist ook de snelheid van de quantum computer teniet doen. en volgens mij blijft de verstrengeling bestaan totdat je na alle bewerkingen/berekeningen het resultaat uitleest en de verstrengeling daarmee verbreekt.

Ik kan het fout hebben, maar dit dacht ik dat het zo werkt.
Nou ben ik geen expert, maar volgens mij kan je het foton op locatie A wel in een toestand zetten en daarmee verandert de toestand van het foton op locatie B.
Nee, want dan had je een direct communicatiekanaal voor klassieke informatie en dat is niet het geval.
n quantum teleportation two photons or ions (for example) are entangled in such a way that when the quantum state of one is changed the state of the other also changes, as if the two were still connected.
Dit is volgens mij onjuist.
Je kunt enkel stellen dat als je op positie A een bepaalde toestand meet dat je weet dat dat op positie B ook zo is. Maar je kunt A niet in een bepaalde toestand brengen om zodoende bijvoorbeeld een bit te encoderen. Je kunt er geen eigen informatie in stoppen.
A is en blijft voor jou random totdat je het meet, en op dat moment neemt A at random een waarde aan, horizontaal of vertikaal. Je weet bij het vastleggen van de toestand van A (door het te 'meten') dus niet of A vertikaal gaat zijn of horizontaal. Het neemt at random 1 van die toestanden aan en B doet hetzelfde.

De link die je post gaat over quantum informatie. Dat is iets dat wij niet kunnen meten (alleen statistisch). Dat is dus hetgene dat geteleporteerd raakt, maar daar kunnen wij op zich niets mee. Wil je klassieke informatie oversturen, zoals een bit, dan komt daar een klassiek informatiekanaal bij kijken.
En hoe zit het dan volgens jouw in een quantum computer waar alle qubits verstrengeld zijn, want wordt de verstrengeling bij elke bewerking, via quantum logic gates, dan verbroken en zou deze voor elke nieuwe bewerking dan weer opgezet moeten worden?
Ja, zoiets. Het uitlezen van een quantumcomputer vereist dat je de quantuminformatie 'collapsed' naar klassieke informatie en daarmee verbreek je volgens mij de verstrengeling.
Je doet daarmee niet de snelheid tenniet omdat alle berekeningen al lang en breed hebben plaatsgevonden voordat je het uitleest.
Maar het vormt wel een soort blok aan het been omdat je uiteindelijk met klassieke informatie er in gaat en er met klassieke informatie weer uitgaat.
Wat dat betreft zullen quantumcomputers dus altijd een non-quantum front en back-end hebben.
Ik kan het fout hebben, maar dit dacht ik dat het zo werkt.
Geeft niet, ik kan het ook fout hebben :) En dat is niet raar want dit spul is echt voorbij menselijke bevatting.
Correct me if i am wrong, ik ben geen kenner op dit gebied, maar gaat dit ook op indien je het als een soort "morse code" gebruikt ?
Dus : 1 positie die verandert is A, 2 posities die veranderen is B, enz ?
Dan zou je misschien op een grote afstand weliswaar iets meer tijd nodig hebben om uit te lezen, cq verzenden met tijd tussen de afzonderlijke klinkers/medeklinkers, maar alsnog sneller dan op de huidige manier.
Ik praat nu wel over het veranderen van posities op hele grote afstanden, bv vanaf hier naar het einde van de melkweg
Correct me if i am wrong, ik ben geen kenner op dit gebied, maar gaat dit ook op indien je het als een soort "morse code" gebruikt ?
Ja, helaas.
Je weet nooit wat voor positie A zal aannemen. Je kunt het alleen dwingen tot stoppen met random zijn. Je meet A en daarmee neemt het een vaste positie in (horizontaal of verticaal, bijvoorbeeld). Maar je weet van te voren niet wat A (en dus B ) gaat aanemen. Je kunt ook niet zeggen: A moet nu horizontaal zijn. Je kunt alleen zeggen: A moet nu een vaste vorm aannemen, en dan doet B dat ook, precies tegelijk met A.
Dan zou je misschien op een grote afstand weliswaar iets meer tijd nodig hebben om uit te lezen, cq verzenden met tijd tussen de afzonderlijke klinkers/medeklinkers, maar alsnog sneller dan op de huidige manier.
Ja, gaat dus niet :) Informatie kan niet sneller dan licht in vacuum. :X

[Reactie gewijzigd door koelpasta op 22 juli 2024 20:03]

erg praktisch is het niet, maar theoretisch... ja
het gaat hier om conclusies deels theoretisch en deels indirect meetbaar
en daar naast in labobstellingen waar het je slecht van word en niet in een IC'tje voor in een PC

[Reactie gewijzigd door Verwijderd op 22 juli 2024 20:03]

erg praktisch is het niet, maar theoretisch... ja
Er is op zich wel praktisch nut al denk ik niet dat dat de opzet was van dat experiment.
Je kunt er namelijk wel mee ontdekken (althans, dat is geloof ik weer omstreden) of iemand anders het signaal heeft meegeluisterd.
ik doelde op de uitvoerbaarheid voor gebruik in handhelds of PC of uberhaupt :p
Nou ja, ik kan mij dus best voorstellen dat je op een gegeven moment met je mobieltje een voorraadje verstrengelde fotonen uit de muur trekt om bijvoorbeeld je bankzaken te beveiligen.
het ging quantumverstrengeling
niet het over en weer signaleren dmv "licht' op zich :)

lol, naja, bedoel, kan er moeilijk tegenin gaan wat je denkt dat haalbaar is maar misschien eens iets verder in verdiepen :P

bedoel... je hebt ook mensen die denken dat tijdreizen in praktijk mogelijk is

[Reactie gewijzigd door Verwijderd op 22 juli 2024 20:03]

Ja, dat zeg ik., een voorraadje verstrengelde fotonen (waarvan de bank een helft heeft en jij de andere helft). En dan ipv bijvoorbeeld NFC een fotonenoverdracht doen bij het betalen. Theoretisch kun je die dan ook op glasvezelnetwerken transporteren enzo, maar het gaat nog steeds om het feit dat je een beveiliging op basis van verstrengelde fotonen doet.
Heb je wel genoeg koffie gehad al? :9
heb aan paar jaren terug ooit eens een Tweakers mok gekregen van Yor (tweaker), zit helemaal goed :P

maar zoals gezegd ik begrijp je idee en wat je bedoeld
maar in mijn oren klinkt het een beetje zo van:

als je geen tijd hebt? dan kun je in de toekomst vast een blikje tijd uit de muur trekken!

of... red bull.. nu met echte pure E

op technofeestjes zal dat concept best aanslaan maar... you know :p

[Reactie gewijzigd door Verwijderd op 22 juli 2024 20:03]

maar zoals gezegd ik begrijp je idee en wat je bedoeld
maar in mijn oren klinkt het een beetje zo van:

als je geen tijd hebt? dan kun je in de toekomst vast een blikje tijd uit de muur trekken!
En toch wordt dit al toegepast door bepaalde banken. De technologie op zich bestaat al, alleen is het nog niet zo verfijnd dat het al in je mobieltje kan worden geprakt. Maar als er veel geld mee gemoeid is dan kun jij je transactie nu bij sommige banken quantum beveiligen. En dat zijn op zich best kleine kastjes, ik geloof een beetje richting een 3U server ofzo.
Kan het even niet meer terugvinden maar het was een paar jaar geleden nog nieuws.
Ook zie ik apparatjes die in je handpalm passen.
Ik kan me dus goed voorstellen dat dit soort technologie in de toekomst in je telefoon belandt.
je verkoopt het alsof je eigen inkomen er vanaf hangt
voor zover ik weet en vind via Google alleen maar: "can" "may" "could"
nergens dat het daadwerkelijk toegepast word en gebruikt in dagelijks leven
je verkoopt het alsof je eigen inkomen er vanaf hangt
Nee, maar ik denk wel dat er veel nut van kan komen.
voor zover ik weet en vind via Google alleen maar: "can" "may" "could"
Beter zoeken dan. :)
http://www.idquantique.com/
http://magiqtech.com/Home.html
http://www.quintessencelabs.com/
http://www.sequrenet.com/

Daarnaast wordt er volop onderzoek gedaan door grote tech bedrijven.

De eerste banktransactie beveiligd met quantum crypto is alweer meer dan 10 jaar oud...

[Reactie gewijzigd door koelpasta op 22 juli 2024 20:03]

je haalt een aantal dingen door elkaar en ziet ze voor het zelfde
alleen omdat het woord "quantum" word gebruikt gaat het niet allemaal om de toepassing van quantumverstrengeling wanneer er gesproken word over een groter begrip als "quantum crypto"
je haalt een aantal dingen door elkaar en ziet ze voor het zelfde
alleen omdat het woord "quantum" word gebruikt gaat het niet allemaal om de toepassing van quantumverstrengeling wanneer er gesproken word over een groter begrip als "quantum crypto"
Wat haal ik dan door elkaar? Heb je het zelf al opgezoch?

Alle quantum 'crypto' is gebaseerd op verstrengeling, of had jij een voorbeeld waarbij dat niet zo is?

Sowiso kun je volgens mij niet om verstrengeling heen bij quantummechanica. Dat wij mensen (inclusief mezelf) het niet kunnen bevatten kan ik niks aan doen....
Fascinerend, een foton heeft blijkbaar een vorm?! En waarom hebben we daar dan geen last van bij de huidige optische technieken?
Fascinerend, een foton heeft blijkbaar een vorm?!
Denk jij dan dat er dingen in dit universum bestaan die geen vorm hebben? :)
De vorm bepaalt hoe een foton interfereert met andere fotonen en is het gevolg van voorgaande interacties.

Verder is het zo dat bij de meeste 'normale' toepassingen er bakken met photonen tegelijk gebruikt worden die samen een straal vormen. Dan heb je niet meer te maken met individuele fotonen maar met de eigenschappen van de straal.
maar persoonlijk denk ik dat wij als mensen sowieso altijd achter de feiten aanlopen omdat we op zoek zijn naar deeltjes terwijl er geen daadwerkelijk losse deeltjes hoeven zijn
alleen verschilt de overdraagbaarheid op verschillende schalen van grootte en omringende invloeden terwijl we in principe tot in de oneindige kleinheid de zelfde vloeistof-achtige wet/gedrag blijven vinden en nooit een deeltje waaraan we alles kunnen toeschrijven
my 5 cents anyway

[Reactie gewijzigd door Verwijderd op 22 juli 2024 20:03]

Het woord 'vorm' is misschien wat misleidend. Het gaat hier slecht om het veranderen van de kwatum golfvorm in de tijd. Anders gezegd, in welke tijd de hoeveelheid energie van het foton wordt uitgezonden. Nog weer anders gezegd, omdat de lichtsnelheid in een bepaald medium constant is: Er wordt gesproken over de vorm in slechts 1 dimensie, niet in 3 dimensies.

Toch wel knap dat ze het kunnen...
is die "holte" het zelfde principe als het "trapping field" ?
was er net over aan het brainstormen na het nieuws over die "quantum security pasjes" lol

[Reactie gewijzigd door Verwijderd op 22 juli 2024 20:03]

Goed artikel, leuk om te lezen waar mijn werkgever allemaal mee bezig is.

Nu is is prof.dr. A. Fiore toevallig een collega van mij en kan ik dus vertellen dat het hier een man betreft en niet zoals het artikel doet vermoeden een vrouw, maar dat terzijde.

Dit controleren van de verzending is eerder gedaan, maar nog nooit zo snel. "De energie van een foton strekt zich slechts over één nanoseconde uit, dus als je iets wilt aanpassen, moet je dat binnen die tijd doen", legt onderzoeksleider Andrea Fiore van de TU Eindhoven uit.Ze maakt hierbij de vergelijking met de sluitertijd van een camera.
Is inderdaad komisch dat het geslacht van A. Fiore na een punt zomaar wijzigt:
onderzoeksleider Andrea Fiore van de TU Eindhoven uit. Ze maakt hierbij de

Denk dat de naam Andrea verwarrend is, in het Nederlands is het een vrouw, in het Italiaans is het iets als het Nederlandse André.

Of "ze" moet verwijzen naar "de wetenschappers", maar dan zou het "ze maken" moeten zijn.

[Reactie gewijzigd door Somoghi op 22 juli 2024 20:03]

Er is niets mis mee om een vrouwelijke leider gewoon een leider te noemen ipv een leidster. Het artikel is in dat opzicht dus niet per se in tegenspraak (maar dus wel fout aangezien het een man is ;))

[Reactie gewijzigd door .oisyn op 22 juli 2024 20:03]

Ik blijf me verbazen over hoe er gewerkt kan worden op zo'n kleine schaal en in zulke tijdseenheden..

Nu heeft iemand me een keer uitgelegd hoe het werken op nano schaal (ongeveer) werkt, maar hoe je iets kan uitvoeren in een miljardste van een seconde.. :?. Maar goed, tijd is relatief .
In het geval van "morse code" is het toch niet nodig om te weten welke positie hij aanneemt ? De ontvanger hoeft alleen te kijken hoeveel posities er veranderen om te weten welke letter erbij hoort ?
Als de techniek beschikbaar is betekend dit dan ook dat alle huidige cryptografie "makkelijk" te kraken is en onbruikbaar?

Op dit item kan niet meer gereageerd worden.