Het blijft ongrijpbaar, quantumcomputers en -internet. Een escaperoom in Berlijn leert deelnemers er meer over. “Iedereen gaat ermee te maken krijgen; je kunt er maar beter op voorbereid zijn.”
Een paars verlicht lab vol machines, drie onderzoekers die gehaast in de weer zijn met complexe apparatuur, en een klok die dwingend aftelt. Het doel is een quantumcomputer bouwen, en wel binnen 35 minuten. Het zou zomaar het begin van een spannende actiefilm kunnen zijn, maar het is een innovatieve manier om mensen meer te vertellen over quantummechanica. Want, zegt promovendus Benni Maass van de Technische Universität Berlin: “Iedereen gaat te maken krijgen met het quantuminternet; je kunt er maar beter op voorbereid zijn.” Samen met Lizzy Robertson en Robert Richter heeft hij deze quantum-escaperoom ontwikkeld, waar ik uit moet zien te ontsnappen.
Robert Richter, Lizzy Robertson en Benni Maass, promovendi aan de Technische Universität Berlin en ontwikkelaars van de quantum-escaperoom.
Edda HeinsmanOp meer plekken tegelijk
Quantummechanica blijft iets ongrijpbaars, totaal onlogisch. Wanneer je een bal rolt, en je weet hoe hard hij gaat en in welke richting, kun je precies voorspellen waar hij naartoe gaat. Maar als je in plaats van een bal een heel klein quantumdeeltje neemt, gaat die regel ineens niet meer op. Sterker nog, het deeltje kan dan op meer plekken tegelijk zijn. Pas als je ernaar gaat kijken, pin je het vast en ligt het op die plek. Maar je hebt de informatie van het quantumdeeltje dan wel stuk gemaakt.
"Welkom in de bizarre wereld van quantummechanica", lacht Maass, die promoveert op het gebied van quantumrepeaters. “Hoe vaker mensen met quantum in aanraking komen, hoe meer ze erover leren. Het is een complex onderwerp, maar het gaat een grote rol spelen, dus het is belangrijk om er meer over te weten.” Eens kijken of de escaperoom een goede manier is om dat te bereiken.
Doorzichtige bal
De klok begint te lopen. We hebben 35 minuten. “Ons verhaal is dat we arme promovendi zijn. Onze hoogleraar is naar een conferentie gegaan en we hebben jouw hulp nodig om onze quantumcomputer te maken.” De quantumcomputer werkt met qubits. Dat zijn geen bits, ofwel nullen en enen, zoals in een normale computer, maar quantumbits, die zich in allerlei toestanden kunnen bevinden.
Lizzy Robertson pakt er een doorzichtige bal bij. Erin zit een pijl die naar elk puntje op het oppervlak van de bal kan wijzen, dus niet alleen omhoog of omlaag, nul of een. Dit is de zogeheten Blochsfeer, een model voor het qubit. “Het idee is dat we drie van dit soort qubits in de juiste begintoestand krijgen om de quantumcomputer te bouwen.”
Om de qubits in de juiste toestand te krijgen, moeten we verschillende puzzels oplossen. Bij elke puzzel kom je terecht bij een tekst over quantumtechnologie, waarbij je steeds woorden in moet vullen in een kruiswoordraadsel. Het is geen eenvoudige invuloefening; sommige aanwijzingen zijn behoorlijk lastig te vinden, zoals (spoiler!) het belichten van een draaiende ventilator met de juiste frequentie waarbij dan een nieuwe code tevoorschijn komt. De opdrachten zijn natuurkundige puzzels, waarbij begrippen uit de quantumwereld een rol spelen.
Deze zogeheten Blochsfeer is een model voor een qubit. De doorzichtige bal bevat een pijl die naar elk puntje op het oppervlak van de bal kan wijzen, dus niet alleen omhoog of omlaag (nul of een).
De snelheid van het licht
Tussendoor bespreken we de problemen uit het onderzoek van de drie promovendi. “Bij het quantuminternet moet je quantuminformatie kunnen overbrengen. Dat is lastig. Bij klassieke communicatie kun je je signaal versterken, maar dat is van nature verboden bij quantumtoestanden.” Want zodra je de informatie gaat bekijken, bestaat de informatie niet mee en dan kun je die niet meer doorgeven. “Er zijn bepaalde trucjes om quantumrepeaters te bouwen.”
Plots schrik ik op van een computerstem. “Oh, dat is gewoon een quantumcomputer die ons vertelt dat we nog 25 minuten hebben”, lacht Robert Richter.
“Er is één technologie in het bijzonder die we onderzoeken om zo’n quantumrepeater mogelijk te maken, en dat is het quantumgeheugen", vervolgt Robertson. "Zodra je de informatie ontvangt, wil je die een tijdje kunnen opslaan. De informatie wordt overgebracht met lichtdeeltjes, fotonen. Lastig is dat die reizen met de snelheid van het licht, 300 duizend kilometer per seconde. We werken nu aan methoden om een soort lus te maken om die fotonen rond te laten reizen, zonder dat we ze stuk maken. Eigenlijk licht in een doosje vangen, maar dat kunnen we nog lang niet.”
De sleutel
Waarom willen we zo graag een quantuminternet? “Een van de voordelen is dat je dan een communicatiekanaal hebt waarmee je klokken kunt koppelen. Zo kun je een heel nauwkeurige universele klok maken, waardoor bijvoorbeeld gps wereldwijd nog veel nauwkeuriger kan worden dan het nu is”, legt Robertson uit.
“Een ander voordeel is dat het heel veilig is”, aldus
Richter. “Je kunt je berichten versleutelen en om het dan te lezen een
quantumsleutel sturen. Hiervan weet je zeker dat er niemand meekijkt.
Want als iemand de sleutel zou onderscheppen, weet je dat meteen”. Het
is met die gekke qubits immers niet mogelijk om informatie af te tappen,
want dan blijft er geen informatie over.
We lossen de volgende puzzel op en een 3D-printer begint iets te maken. Als hij klaar is, blijkt het heel toepasselijk een
sleutel te zijn. “Een quantumsleutel!”, grapt Maass. “We kunnen hier
natuurlijk geen echte quantumsleutels maken, maar hebben zo veel
mogelijk geprobeerd toch coole nieuwe technieken te gebruiken waarvan we
denken dat ze bij het algemene publiek nog niet zo bekend zijn.”
Ik moet toegeven dat ik onder de indruk ben als het lukt om met de geprinte ‘quantumsleutel’ de kist te openen en de laatste code binnen te halen. We hebben de drie quantumtoestanden binnen de tijd goed ingevuld en de van pingpongballen gemaakte ‘quantumcomputerpiramide’ begint te stralen. Missie geslaagd!
Met de sleutel uit de 3D-printer is een hangslot te openen.
Edda HeinsmanValsspelen
Ik sta weer buiten en mijn hoofd duizelt. Enerzijds is het de roes van het net op tijd klaar zijn met de escaperoom; anderzijds komt het door de enorme hoeveelheid informatie. Dat ik de escaperoom haalde, was natuurlijk een beetje valsspelen, aangezien ik drie wetenschappers had om me te assisteren, die bovendien de oplossing wisten. Hoe was dat voor anderen die de escaperoom deden?
Ik spreek kort met Wilke Weermann die het quantumspel ook net heeft gespeeld. “Ik ben niet zo van de escaperooms, omdat ze vaak een beetje hetzelfde verhaal hebben. Maar vond dit wel echt heel origineel”, vertelt hij enthousiast. “Ik weet er wel iets van – ik ben sciencefictionschrijver – maar een van mijn vrienden wist er meer van af. Dat kwam van pas! Ik heb wel het gevoel dat ik die qubits nu beter begrijp.” Kortom, ook een geslaagde missie.