Het is de Universiteit Twente gelukt om maar liefst 10 bit aan informatie in één lichtdeeltje te stoppen. Dankzij een systeem met een speciale camera en extreem precieze timing konden ze een lichtdeeltje bijna pixelperfect op de camera laten vallen. Elke pixel stond voor een 'letter' in een alfabet met duizenden symbolen, en door het licht op een specifieke plek te laten vallen konden ze zo met één deeltje veel meer informatie versturen dan normaal.
Daarmee kan er plotseling veel meer worden gezegd met een enkel foton. Licht geldt als dé informatiedrager van onze tijd; door de glasvezelkabels gieren elke seconde miljoenen terabytes aan informatie naar onze schermen. Al die lichtdeeltjes hebben echter een belangrijk nadeel: ze bevatten maximaal één schamele bit aan informatie. Een deeltje kan voor een 1 of 0 staan - in analogie met het binaire stelsel waaruit alle computer- en transistortaal bestaat.
Speciale camera
Pepijn Pinkse en zijn collega's van het MESA+-instituut (onderdeel van de Universiteit Twente) wilden dat anders doen. Ze kochten een speciale camera met een resolutie van een megapixel (1000 bij 1000 pixels) en probeerden heel precies een zwakke lichtstraal (die ongeveer een miljoen keer per seconde precies één foton uitstuurt) op één pixel te richten. 'Dat is niet helemaal perfect te doen; de lichtvlek was wat groter dan de pixels. 'Dus is je nauwkeurigheid een soort cirkeltje van pixels', vertelt Pinkse aan de telefoon. 'Als je een gebied van een miljoen pixels hebt, konden we het cirkeltje echter klein genoeg maken om negenduizend verschillende plekken op de cameralens aan te wijzen met het extreem zwakke licht. Dat betekent dat we negenduizend aparte symbolen kunnen maken met onze opstelling.'
Elk van die 9000 symbolen staat voor één informatiepuntje, waardoor er minstens 10 bit aan informatie kan worden verstuurd via een lichtdeeltje. 'In het perfecte geval zouden we op bijna 13 bit (213 = 9072) uitkomen. Maar in de praktijk is niet elk pixel even goed te beschijnen, dus komt de informatiedichtheid iets lager uit.
Quantumcryptografie kan nog veiliger worden gemaakt door de lichtdeeltjes over veel pixels te verspreiden
Het lukte niet alleen dankzij de camera en de speciale lichtbron, maar ook dankzij de timing. 'Als je de sluiter van de lens te vroeg opent, komt er allemaal ander licht binnen dat het signaal maskeert. Om dat te voorkomen, splitsten we blauwe fotonen in tweeën. Dat levert twee rode fotonen op die precies in de pas lopen. Eén van die rode fotonen kwam aan bij een sensor, en zodra die sensor licht voelt, gaat er een signaal naar de camera. Zo opende deze zijn sluiter telkens precies op tijd.'
Keramiek
Het was een precisiewerkje, maar Pinkse denkt dat hun methode uitkomst kan bieden bij het geheimschrift van de toekomst: quantumcryptografie. Dat is een vorm van gegevensversleuteling die onkraakbaar is. Dit in tegenstelling tot gewone cryptografie, die in theorie (door een quantumcomputer) kan worden gekraakt.
De ontdekking uit Twente kan het mogelijk maken cryptograpfie te combineren met fysieke sleutels, bijvoorbeeld door lichtdeeltjes op een stuk keramiek of droge witte verf te laten vallen. 'De textuur van zulke materialen is uniek, dus dient het keramiek als een soort sleutel om de lichtboodschap te kunnen lezen.' Het is een opvallende zet, omdat er iets fysieks nodig is om digitale informatie te lezen. 'Maar door de structuur heb je vanzelf een speciale sleutel. Het kopiëren van dergelijke materialen zou een 3D-printer vereisen die in een groot volume op nanometer-schaal nauwkeurig deeltjes kan neerleggen. Die bestaat niet', aldus Pinkse. En omdat je het fysieke object hebt, zal iemand die het bericht eventueel onderschept er niks mee kunnen. Daarmee wordt de communicatie veiliger.
Nieuwsbrief
Vond je dit een interessant artikel, abonneer je dan gratis op onze wekelijkse nieuwsbrief.