Quantumonderzoek op twee manieren: van bewijzen waar iemand zich bevindt tot simulaties van financiële markten
Quantumfysica klinkt misschien abstract, maar promovendi Kirsten Kanneworff en David Dechant laten zien dat quantumonderzoek ook heel concreet kan zijn. Samen onderzoeken ze hoe quantumtechnologie de wereld kan veranderen.
Waar Kanneworff in het lab onderzocht hoe je met quantumoptica kunt bewijzen waar iemand zich bevindt, richtte Dechant zich op quantum computing voor dynamische systemen, zoals de financiële wereld. De twee onderzoekers verdedigen deze week hun promotieonderzoek.
Hoe bewijs je of iemand écht is waar diegene zegt te zijn?
Stel: je ontvangt een mail van iemand die zich voordoet als jouw bank met het verzoek om je persoonlijke gegevens in te vullen op een website. Hoe kun je de afzender dan authenticeren?
Kanneworff onderzocht een slimme manier om te controleren of iemand zich echt op een bepaalde plek bevindt: quantum-positieverificatie. ‘Het idee voor dit project ontstond tijdens mijn master’, vertelt ze. ‘Ik vond dit een interessant onderwerp. De combinatie van optica met quantumcommunicatie sprak me erg aan, zeker ook omdat het een duidelijke toepassing heeft.’
Met quantuminformatie valt niet te sjoemelen
Bij quantum-positieverificatie sturen meerdere controleurs tegelijk signalen naar degene die zijn locatie wil bewijzen. Door heel precies te meten hoe lang die signalen erover doen, kunnen ze controleren of dit overeenkomt met de locatie die door de persoon is opgegeven. ‘Dit proces is veel veiliger dankzij de quantumfysica’, legt Kanneworff uit. ‘Dat komt omdat informatie in quantumtoestanden niet kan worden gekopieerd.’ Hoewel quantumpositieverificatie in sommige gevallen nog steeds kan worden gekraakt, maakt dat het over het algemeen veel moeilijker om ermee te sjoemelen.
In het opticalab bestudeerde Kanneworff enkelvoudige lichtdeeltjes (fotonen) die door een quantumdot worden uitgezonden. Ze onderzocht hoe deze fotonen door lange glasvezels en optische apparaten kunnen reizen zonder hun eigenschappen te verliezen. ‘Uiteindelijk heeft dit geleid tot een belangrijke stap vooruit in de richting van een experimentele demonstratie van quantumpositieverificatie’, vertelt ze.
-
Kirsten Kanneworff in het quantumoptica-lab (credit foto: Jordi Huisman) -
Kirsten Kanneworff in het quantumoptica-lab (credit foto: Jordi Huisman) -
Een van de opstellingen in Wolfgang Löfflers quantumoptica-lab (credit foto: Jordi Huisman)
Quantumberekeningen voor dynamica en financiële modellen
Dechants interesse in quantum werd gewekt tijdens een uitwisselingssemester aan de nationale universiteit van Singapore tijdens zijn bachelorstudie. ‘Ik vond het meteen erg interessant vanwege de combinatie van natuurkunde, wiskunde en informatica, en vanwege de mogelijkheid om dit onderzoek op een dag als technologie toe te passen.’
Nu draait zijn onderzoek om quantum computing, een nieuwe manier van rekenen die klassieke computers niet kunnen bijhouden. ‘Er is de afgelopen jaren indrukwekkende vooruitgang geboekt met quantumcomputers, maar ze zijn nog steeds te beperkt en te duur’, legt Dechant uit. ‘Om te onderzoeken hoe deze machines in de praktijk zouden kunnen werken, gebruiken we wiskundige modellen of simuleren we quantumberekeningen op klassieke computers.’
In zijn onderzoek kijkt hij naar dynamische systemen — oftewel hoe een systeem in de loop van de tijd verandert. Een voorbeeld zijn wiskundige modellen zoals differentiaalvergelijkingen of tijdreeksen. Daarmee kun je bijvoorbeeld patronen in financiële markten identificeren, om vervolgens voorspellingen te doen over toekomstige prijsbewegingen.
Een quantumtoekomst in de maak
Hoewel beide projecten verschillende toepassingen hebben, laten ze zien hoe quantumtechnologie fundamenteel nieuwe manieren biedt om informatie te verwerken, problemen op te lossen en veiligheid te verbeteren. Deze promoties tonen dat de quantumwereld niet langer alleen theorie is, maar steeds meer praktische impact krijgt.
David Dechant verdedigt zijn proefschrift ‘Capturing dynamics with noisy quantum computers’ op 17 februari. Zijn promotoren zijn Vedran Dunjko en Jordi Tura. De voorkant van zijn proefschrift is ontworpen door Zhenya Cheipesh.
Kirsten Kanneworff verdedigt haar proefschrift ‘Experimental quantum position verification: practical challenges and single-photon correlations’ op 18 februari. Haar promotoren zijn Wolffgang Löffler en Dirk Bouwmeester. Ze heeft de voorkant van haar proefschrift zelf ontworpen.