Langlevende qubits brengen quantuminternet naar 2.000 km

Computergebruik

Redactieteam van de website voor technologische innovatie - 11/11/2025

Ongelooflijk zuivere kristallen van zeldzame aarde, geconstrueerd met een nieuwe techniek die een lang en voorspoedig leven voor de qubits garandeert. [Afbeelding: Jason Smith/UChicago]

Kwantuminternet

Het met elkaar verbinden van quantumcomputers – om veilige, snelle quantumnetwerken te creëren, waaronder het toekomstige quantuminternet – vereist dat de deeltjesverstrengeling over glasvezelkabels behouden blijft. Hoe langer deze atomen verstrengeld blijven – en zo de wederzijdse quantumcoherentie in stand houden – hoe groter de afstand waarover quantumcomputers met elkaar kunnen communiceren.

Momenteel bedraagt ​​de maximale afstand waarop twee quantumcomputers via een glasvezelkabel met elkaar kunnen communiceren enkele kilometers.

Shobhit Gupta en collega's aan de Universiteit van Chicago in de VS lieten vervolgens de netwerkhardware – communicatie en signaalversterking – terzijde en richtten hun aandacht op de qubits zelf. Ze probeerden hun onderlinge verbinding te versterken, dat wil zeggen, de tijd dat ze verstrengeld blijven te verlengen.

Ze slaagden erin de kwantumcoherentietijd van individuele erbiumatomen te verhogen van 0,1 milliseconde tot meer dan 10 milliseconden, wat betekent dat signalen met de huidige hardware meer dan 2000 km door glasvezelkabels konden reizen. In één geval duurde de verbinding tussen de twee atomen zelfs 24 milliseconden, wat theoretisch gezien quantumcomputers in staat zou stellen om over een indrukwekkende afstand van 4000 km verbinding te maken, maar dit was nog steeds een uitzonderlijk resultaat.

"Voor het eerst ligt de technologie om een ​​kwantuminternet op wereldwijde schaal te bouwen binnen ons bereik", aldus professor Tian Zhong, de coördinator van het team.

Structuur van langlevende qubits. [Afbeelding: Shobhit Gupta et al. - 10.1038/s41467-025-64780-6]

Langlevende qubits

De innovatie bestond niet uit het gebruik van nieuwe of andere materialen, maar uit het bouwen van de apparaten met dezelfde materialen op een andere manier. Het team creëerde de met zeldzame aarden gedoteerde kristallen die nodig zijn om kwantumverstrengeling te genereren met behulp van een techniek genaamd moleculaire bundelepitaxie (MBE), in plaats van de traditionele Czochralski-methode.

"De traditionele methode voor het vervaardigen van dit materiaal bestaat in principe uit het smelten van de ingrediënten in een pan", aldus Zhong, verwijzend naar de Czochralski-methode. "Je voegt de juiste verhouding ingrediënten toe en smelt vervolgens alles. Het mengsel bereikt temperaturen boven de 2000 graden Celsius en wordt langzaam afgekoeld tot het een kristal vormt."

Om het kristal te transformeren tot een computeronderdeel, moet het chemisch in de gewenste vorm worden "geboetseerd". Het is ongeveer zoals een beeldhouwer die begint met een blok marmer en alles verwijdert wat niet in het beeld thuishoort.

MBE (moleculaire bundelepitaxie) doet echter meer denken aan 3D-printen . Het materiaal wordt gespoten, waarbij dunne lagen achter elkaar worden gevormd en het benodigde kristal in de exacte uiteindelijke vorm wordt gebracht, zonder beitel, zonder hamer en zonder de noodzaak van schuren, om de analogie met de beeldhouwer te behouden.

"We zijn helemaal opnieuw begonnen en hebben dit apparaat vervolgens atoom voor atoom in elkaar gezet", aldus Zhong. "De kwaliteit of zuiverheid van dit materiaal is zo hoog dat de kwantumcoherentie-eigenschappen van deze atomen uitstekend zijn."

Het team bereidt zich nu voor op de daadwerkelijke test van deze "langlevende" qubits, die ze willen uitvoeren met behulp van spoelen van 1000 km glasvezel. "Voordat we glasvezel aanleggen, bijvoorbeeld van Chicago naar New York, gaan we het hier in mijn lab testen", aldus Zhong.

Ander nieuws over:

Meer onderwerpen