Ett kvantinternet kan mycket väl vara den första kvantinformationstekniken som blir verklighet. Forskare vid QuTech i Delft, Nederländerna, publicerade idag en omfattande guide mot detta mål i Vetenskap . Den beskriver sex faser, börjar med enkla nätverk av qubits som redan skulle kunna möjliggöra säker kvantkommunikation – en fas som kan bli verklighet inom en snar framtid. Utvecklingen slutar med nätverk av helt kvantuppkopplade kvantdatorer. I varje fas, nya applikationer blir tillgängliga som extremt exakt klocksynkronisering eller att integrera olika teleskop på jorden i ett virtuellt superteleskop. Detta arbete skapar ett gemensamt språk som förenar det mycket tvärvetenskapliga området kvantnätverk för att uppnå drömmen om ett världsomspännande kvantinternet.

Ett kvantinternet kommer att revolutionera kommunikationstekniken genom att exploatera fenomen från kvantfysiken som förveckling. Forskare arbetar med teknik som möjliggör överföring av kvantbitar mellan två punkter på jorden. Sådana kvantbitar kan vara noll och en samtidigt, och kan trasslas in – deras öden slås samman på ett sådant sätt att en operation på en av qubitarna omedelbart påverkar den andras tillstånd.

Detta ger två funktioner som bevisligen är utom räckhåll för internet som vi känner till idag. Den första är att intrassling möjliggör förbättrad samordning mellan avlägsna platser. Detta gör den extremt lämplig för uppgifter som klocksynkronisering eller länkning av avlägsna teleskop för att få bättre bilder. Den andra är att intrassling är i sig säker. Om två kvantbitar är maximalt intrasslade, då kan inget annat i universum ha någon del i den förvecklingen. Den här funktionen gör entrassling unikt lämplig för applikationer som kräver säkerhet och integritet.

Många andra tillämpningar av ett kvantinternet är redan kända, och fler kommer sannolikt att upptäckas när de första nätverken kommer online. Forskare vid QuTech, ett samarbete mellan Delft University of Technology och den nederländska organisationen för tillämpad vetenskaplig forskning TNO har nu fastställt stadier av kvantinternetutveckling som kännetecknas av tekniska möjligheter och motsvarande tillämpningar.

Det lägsta steget i ett äkta kvantnätverk – ett förberedande och mätnätverk – tillåter end-to-end leverans av kvantbitar mellan två valfria nätverksnoder, en kvantbit i taget. Detta är redan tillräckligt för att stödja många kryptografiska tillämpningar av ett kvantnätverk. Det högsta steget är det långsiktiga målet att koppla ihop stora kvantdatorer på vilka godtyckliga kvantapplikationer kan köras.

Förutom att ge en guide till fortsatt utveckling, arbetet ställer utmaningar både för ingenjörsinsatser och för utveckling av applikationer. "Å ena sidan, vi skulle vilja bygga allt mer avancerade stadier av sådana i nätverk", säger Stephanie Wehner, huvudförfattare till verket, "Å andra sidan, kvantmjukvaruutvecklare utmanas att minska kraven på applikationsprotokoll så att de kan realiseras redan med de mer blygsamma tekniska kapaciteterna på ett lägre stadium." Medförfattaren Ronald Hanson tillägger:"Detta arbete etablerar ett välbehövligt gemensamt språk mellan de högst tvärvetenskapligt område av kvantnätverk som spänner över fysik, datavetenskap och teknik."

De första riktiga kvantnäten, möjliggör överföring från ände till ände av kvantbitar, förväntas realiseras under de kommande åren, förebådar gryningen av ett storskaligt kvantinternet.