Nu skal fremtidens kvanteinternet designes

Internettet tillader lynhurtig kommunikation mellem mennesker, der kan sidde på hver sin side af kloden.

Data farer frem og tilbage, men ikke nødvendigvis på den smarteste måde, og fremtidens internet kan blive noget mere effektivt.

Information kan nemlig overføres på nye måder, hvis man kan udnytte de særlige naturlove, der gælder for naturens mindste dele - kvantefysikkens love.

»Med kvanteinformationsteori prøver vi at finde ud af, hvordan vi kan kommunikere mere effektivt ved hjælp af kvantefysik,« fortæller Matthias Christandl, professor ved Institut for Matematiske Fag på Københavns Universitet.

»Når vi kommunikerer normalt - for eksempel gennem en telefonforbindelse - er overførslen af information baseret på klassisk fysik. Hver enkelt informationsenhed - hver bit - bliver overført med en hel masse partikler, som går fra mig til dig og omvendt. Men det er ikke den eneste måde, man kan kommunikere på.«

»Hvis man i stedet bruger enkelte kvantepartikler, kan man overføre informationen mere effektivt og for den sags skyld også mere sikkert. Kvantepartiklerne kan for eksempel være enkelte fotoner - lyspartikler - hvor informationen er gemt i fotonernes tilstand.«

Flere parter skal udveksle information

Forskerne har efterhånden rimelig godt tjek på, hvordan man bedst bruger kvantefysik til at sende information mellem to parter.

Men tingene er noget mere spegede, når flere parter skal dele information, hvilket ofte er tilfældet på nettet. Det er her, Matthias Christandl vil gøre en forskel.

»På internettet er der ofte mere end to parter, der kommunikerer, og vi forstår ikke rigtigt, hvordan man bedst kan sende information mellem dem,« fortæller han.

»Tænk for eksempel på en telefonkonference mellem tre personer, eller hvis man spiller et online-spil med sine venner. Når man logger på sin netbank, kan der også være et sikkerhedsfirma involveret. Her kan kvantefysikken bruges til at gøre kommunikationen meget mere effektiv - men vi ved endnu ikke, hvordan det gøres optimalt.«

LÆS OGSÅ: Forskere vil skabe nyt internet med kvante-kræfter

Med støtte fra Det Frie Forskningsråds karriereprogram Sapere Aude vil han og hans forskningsgruppe bruge de kommende år på at udvikle protokoller for kommunikation mellem flere parter.

Protokollerne vil kunne implementeres i kvanteeksperimenter, og derfor skal forskerne arbejde tæt sammen med eksperimentelle fysikere fra Niels Bohr Institutet på Københavns Universitet.

Partikler skal filtres sammen

Et mere effektivt internet forudsætter dog et helt nyt net baseret på kvantemekanik.

På sådan et kvanteinternet benyttes partikler, der så at sige er filtret sammen, så de opfører sig som ét og samme system - uanset afstanden mellem dem.

»Kvantepartikler kan være knyttet stærkere sammen end almindelige partikler - de kan have en korrelation, som klassiske partikler ikke kan have. Sådan nogle korrelerede partikler kan man skabe i laboratoriet i dag,« forklarer Matthias Christandl.

»Så kan man tænke sig, at man engang i fremtiden kan dele korrelerede partikler ud, så hver part i kommunikationen får en. Jeg får en partikel, og du får en partikel. Efterfølgende kan jeg sende to informationsenheder - to bits - ved at sende en enkelt kvantebit.«

»Hvis du har korrelationen i forvejen, kan du altså få dobbelt så effektiv kommunikation. Vi forstår, hvordan det gøres mellem to parter. Og mit projekt går ud på at finde eksperimentelt gennemførlige måder at gøre det på, der er lige så effektivt mellem tre eller flere parter.«

Flere input til samme beregning

’Flerparti-kvanteinformations-teori’ kan også bruges, når man gerne vil foretage beregninger, hvor flere parter har input og er interesseret i et fælles resultatet. Her kan udfordringen med at finde et mødetidspunkt - at få afstemt kalendere - bruges som eksempel, fortæller Matthias Christandl.

»Vi har brug for at tale sammen i en time i næste uge. Så kan jeg sende hele min kalender til dig, og så kan du finde ud af, hvornår der er et ledigt tidspunkt, der passer dig. Så kan du bede mig om at reservere det tidspunkt. Men det koster jo i information - der skal sendes meget data.«

»Men vi vil jo bare finde et fælles tidspunkt, hvor vi begge to kan. Spørgsmålet er, om vi kan finde frem til det tidspunkt, uden at den ene af os behøver at sende hele kalenderen over - om vi kan spare på informationen.«

»Dette er også en del af min forskning: at finde ud af, hvordan man mest effektivt kan gøre det, når flere parter bidrager med informationer, der skal bruges til en fælles udregning. Med kvanter kan det ikke bare gøres dobbelt så effektivt, men i nogle tilfælde faktisk mange gange mere effektivt.«