KTH-samarbete med nobelpristagare i fysik bevisar kvantteleportering
Kvantdetektorer som använts i forskningsprojekt som ligger till grund för årets Nobelpris i fysik har skapats av professor Val Zwillers forskargrupp på KTH.
– Kvantteleportering ger enorma möjligheter till framtida energibesparingar för samhället. Informationsöverföring via Internet med kvantteknik kräver till exempel bara en enda foton istället för miljontals, säger Val Zwiller.
Årets nobelpristagares experiment i fysik har lagt grunden till fenomenet ”ickelokalitet” – det vill säga det faktum att exempelvis två ljuspartiklar, fotoner, som en gång varit sammanflätade i samma källa ”känner av” vad som händer den andra även på avstånd. Företeelsen kallas för kvantteleportering.
KTH-professor Val Zwiller och nobelpristagare Anton Zeilinger publicerade 2019 en gemensam vetenskaplig artikel kring kvantkommunikation . Detektorerna, som utvecklats och installerats i samarbete mellan KTH och spinoff-företaget Single Quantum, användes då för att mäta kvantteleportering via fiberlänkar över långa avstånd.
Undvika avlyssning
– Vi observerade 257 fotonpar per sekund, som färdades en sträcka på 96 kilometer via en optisk telekommunikationsfiber i vattnet mellan Malta och Sicilien, berättar Val Zwiller.
I forskningsprojektet studerades möjligheten till enhetsoberoende säker kommunikationskanal under havet mellan länder – en internationell kvantkommunikationskanal.
– I vår fortsatta forskning planerar vi att skapa en kvantkommunikationskanal mellan KTH och en station i Finland. Syftet är att i realtid kunna identifiera eventuella försök till avlyssning, säger Val Zwiller.
Just nu pågår ett stort utvecklingsarbete på EU-nivå som ska ge säkrare informationsöverföring mellan alla 27 medlemsstater genom ett gemensamt kvantkryptografinätverk.
Internetsurf står för minst 10 procent av elkonsumtionen
– Visserligen är den ökade informationssäkerheten en viktig fördel som framtidens kvantkommunikation ger. Men jag ser att den enorma energibesparingen som kvanttekniken ger kommer att få ännu större effekt på samhället, säger Val Zwiller.
Enligt honom visar beräkningar att vanlig internetsurf i dagsläget står för drygt 10 procent av människans samlade elkonsumtion. Och enligt prognoser kommer energiåtgången för internetaktiviteter att öka lavinartat de kommande fem åren.
Som exempel nämner han att visningen av en ”vanlig Youtube-länk” kräver miljoner fotoner för varje överförd bit information.
– Genom kvantkommunikation krävs bara enstaka fotoner! Det betyder effektiviseringar miljarder gånger om för visning av en genomsnittlig Youtube-film, och kommunikationsöverföringen blir därför i det närmaste kostnadsfri, säger Val Zwiller.
Kvantprojekt som pågår i labbet
Kvantöverföring genom enstaka fotoner har framtida tillämpningar inom bland annat medicin, radarteknik, datakommunikation och luftmätningar.
Val Zwillers forskargrupp på KTH genomför just nu experiment inom kvantteknik där radarutrustning mäter avstånd och ljus via enstaka fotoner. Högupplösta, tredimensionella bilder kan genom den nya tekniken skapas i realtid, på avstånd så långa som en kilometer.
Ytterligare en tillämpning för forskargruppens kvantdetektor i KTH-labbet är en luftsensor, som mäter luftkvalitet genom att registrera hur ljuset absorberas av olika gaser i luften. Med hjälp av luftsensorn kan bland annat koldioxidhalten i olika delar av atmosfären kartläggas.
Tillsammans med Karolinska Institutet utvecklas även ett kvantmikroskop för avbildningar på djupet i levande organismer, exempelvis i hjärnan.
– Och sedan ett par år tillbaka studerar min forskargrupp kvantteleportering via en optisk fiber som sträcker sig 17 kilometer mellan labbet i Albanova till Ericssons laboratorium i Kista. Vi har jobbat med kvantdetektorerna sedan 2017 och vi fortsätter vårt arbete med vidareutveckling av tekniken.
Text: Katarina Ahlfort
Foto: Theresia Janna Köhlin