Kwantumnetwerken: op weg naar een kwantuminternet

Bijgewerkt: 13 augustus 2026 · 6 min leestijd

Stel je twee munten voor die, hoe ver je ze ook uit elkaar houdt, altijd tegengesteld uitkomen zodra je ze opgooit: valt de ene kop, dan valt de andere altijd munt. Zoiets — maar dan met deeltjes in plaats van munten — noemen natuurkundigen kwantumverstrengeling (entanglement). Een kwantumnetwerk is een verbinding tussen apparaten die dit soort verstrengelde deeltjes, meestal fotonen (lichtdeeltjes), met elkaar delen. Daarmee verschilt het fundamenteel van het gewone internet, dat simpelweg nullen en enen (bits) rondstuurt.

Waarom zou je dat willen? Omdat verstrengeling eigenschappen heeft die met klassieke bits onmogelijk zijn. Met kwantumverstrengeling kun je bijvoorbeeld detecteren of iemand heeft meegeluisterd op een verbinding, omdat elke meting aan een kwantumdeeltje het onherroepelijk verstoort. Een kwantumnetwerk is dus geen snellere versie van het internet, maar een aanvullende laag die dingen mogelijk maakt die met klassieke signalen niet kunnen: afluisterbestendige sleuteluitwisseling, of het rechtstreeks koppelen van kwantumcomputers. Vandaag bestaat een wereldwijd kwantuminternet nog niet; wat er wel is, zijn losse testnetwerken, enkele stadsverbindingen en één satellietsysteem.

Wat is het precies?

De kern van een kwantumnetwerk is het genereren en verspreiden van verstrengelde kwantumbits, of qubits. Een qubit is de kwantumversie van een bit: waar een klassieke bit altijd 0 of 1 is, kan een qubit dankzij een eigenschap die superpositie heet tegelijk iets van beide zijn, totdat hij gemeten wordt. In de praktijk gebruikt men meestal fotonen als qubits, omdat licht zich makkelijk door glasvezelkabels of door de lucht laat sturen.

Twee apparaten, bijvoorbeeld twee laboratoria in verschillende steden, kunnen verstrengelde fotonenparen ontvangen die afkomstig zijn van een bron halverwege. Zodra beide kanten hun foton meten, blijken de uitkomsten statistisch gekoppeld, ook al is er op het moment van meten geen klassiek signaal tussen hen uitgewisseld. Deze gedeelde verstrengeling vormt de grondstof voor toepassingen zoals kwantumsleuteldistributie (Quantum Key Distribution, QKD): een methode om een geheime sleutel te delen die aantoonbaar veilig is tegen afluisteren, omdat een afluisteraar de kwantumtoestand onvermijdelijk verstoort en dus wordt opgemerkt.

Een lastig obstakel is dat fotonen onderweg verloren gaan: in glasvezel neemt het signaal ongeveer exponentieel af met de afstand, en na zo'n honderd kilometer is bijna niets meer over. Bij klassiek internet los je signaalverlies op met een repeater die het signaal versterkt. Dat kan bij kwantumsignalen niet zomaar, want een grondwet van de kwantummechanica — het no-cloning theorema — verbiedt het exact kopiëren van een onbekende kwantumtoestand. Onderzoekers werken daarom aan kwantumrepeaters: tussenstations die verstrengeling stap voor stap over kortere trajecten opbouwen en vervolgens \"doorschakelen\" (entanglement swapping), zodat alsnog een verstrengelde verbinding over lange afstand ontstaat, zonder de kwantuminformatie zelf te kopiëren. Deze repeaters zijn technisch nog verre van rijp.

Wat wil men ermee bereiken?

Het meest concrete en dichtstbijzijnde doel is afluisterbestendige communicatie via kwantumsleuteldistributie. Bedrijven, overheden en banken willen gevoelige data uitwisselen op een manier die niet alleen nu veilig is, maar dat ook blijft wanneer krachtige kwantumcomputers in de toekomst huidige encryptiemethoden zoals RSA kunnen kraken.

Een tweede, verdergaand doel is het koppelen van kwantumcomputers. Een enkele kwantumcomputer heeft nog maar een beperkt aantal qubits. Door meerdere kleinere kwantumcomputers via verstrengeling met elkaar te verbinden, hopen onderzoekers samen grotere rekenkracht te bereiken, vergelijkbaar met hoe klassieke datacenters computers clusteren.

Daarnaast wil men kwantumsensoren — bijvoorbeeld extreem nauwkeurige atoomklokken of magnetometers — met elkaar verbinden. Verstrengelde sensoren kunnen gezamenlijk metingen doen die preciezer zijn dan de som van losse sensoren, wat bijvoorbeeld navigatie, tijdsynchronisatie of astronomie ten goede kan komen.

Op de langere termijn spreekt men over een \"kwantuminternet\": een wereldwijd netwerk waarin kwantumknooppunten net zo vanzelfsprekend met elkaar praten als computers nu via het klassieke internet doen. Dat is voorlopig vooral een onderzoeksvisie, geen naderende realiteit.

Voorbeelden uit de praktijk

Micius-satelliet (China, 2016) — China lanceerde in 2016 de satelliet Micius, specifiek gebouwd om verstrengelde fotonen tussen grondstations te verspreiden. In 2017 gebruikten Chinese en Oostenrijkse onderzoekers deze satelliet om een videogesprek tussen Beijing en Wenen te versleutelen met kwantumsleutels, een van de eerste intercontinentale demonstraties van het concept.

Beijing-Shanghai kwantumbackbone (China, sinds 2017) — China legde een glasvezelverbinding van ruim tweeduizend kilometer aan tussen Beijing, Jinan, Hefei en Shanghai, met tussenstations die het signaal via beveiligde, vertrouwde knooppunten doorgeven. Het is een van de langste operationele QKD-netwerken ter wereld, al zijn de tussenstations geen echte kwantumrepeaters.

QuTech, Delft (Nederland) — De Nederlandse onderzoeksgroep QuTech, een samenwerking tussen de TU Delft en TNO, geldt als koploper in fundamenteel onderzoek naar kwantumnetwerken. In 2015 toonde de groep van Ronald Hanson een zogeheten \"loophole-free\" Bell-test aan, en in 2021 demonstreerde QuTech een netwerk van drie verstrengelde kwantumknooppunten, een belangrijke stap richting echte kwantumrepeaters.

Chicago Quantum Exchange en Amerikaanse nationale laboratoria (VS) — Vanaf 2020 bouwden Amerikaanse laboratoria, waaronder Argonne en Fermilab, een testnetwerk van ongeveer tweehonderd kilometer glasvezel rond Chicago om verstrengeling over stedelijke afstanden te demonstreren, als opstap naar een toekomstig Amerikaans kwantuminternet.

EuroQCI (Europese Unie, vanaf 2019) — De EU werkt samen met de lidstaten aan een Europese Kwantumcommunicatie-infrastructuur (EuroQCI), die grondgebonden glasvezelnetwerken moet combineren met satellietverbindingen voor QKD tussen Europese hoofdsteden. Het project loopt nog en volledige uitrol wordt niet vóór het einde van dit decennium verwacht.

Hoe ver is de techniek?

Kwantumsleuteldistributie is het meest volwassen onderdeel: er bestaan al commerciële QKD-apparaten, vooral voor punt-tot-punt verbindingen over tientallen tot enkele honderden kilometers glasvezel. Toch blijft de praktische inzet beperkt tot niche-toepassingen zoals overheidscommunicatie en enkele financiële instellingen, mede omdat gespecialiseerde apparatuur duur is en post-kwantumcryptografie (nieuwe wiskundige versleuteling die met gewone software werkt) voor de meeste toepassingen goedkoper en makkelijker blijkt.

Kwantumrepeaters — nodig voor een écht schaalbaar, langeafstands kwantumnetwerk — bevinden zich nog grotendeels in het laboratoriumstadium. Belangrijke bouwstenen, zoals kwantumgeheugen dat een verstrengelde toestand lang genoeg kan vasthouden, zijn de afgelopen jaren flink verbeterd, maar een repeater die buiten het lab betrouwbaar werkt bestaat nog niet. Deskundigen schatten doorgaans dat een functionerend regionaal kwantumnetwerk met repeaters op zijn vroegst over tien tot vijftien jaar praktisch bruikbaar wordt; een wereldwijd kwantuminternet ligt nog verder weg, als het er al ooit in de huidige vorm komt.

Satellietgebaseerde verstrengeling, zoals gedemonstreerd met Micius, is veelbelovend omdat licht door de vrije ruimte minder verlies ondervindt dan door glasvezel over lange afstanden. Maar dit vereist wel vrij zicht tussen satelliet en grondstation, wat beperkt wordt door weer, daglicht en de baan van de satelliet. Verschillende landen werken aan opvolgers van dit soort satellieten, maar een operationeel, wereldwijd dekkend satellietnetwerk voor kwantumcommunicatie bestaat nog niet.

Kortom: losse bouwstenen — verstrengelingsbronnen, kwantumgeheugen, QKD-apparatuur — zijn stuk voor stuk aangetoond en verbeteren gestaag, maar het samenvoegen tot een robuust, opschaalbaar netwerk is nog werk in uitvoering, met flinke technische hobbels rond signaalverlies, foutcorrectie en de levensduur van kwantumgeheugen.

Wie werken eraan?

China investeert al langer zwaar in kwantumcommunicatie, met natuurkundige Pan Jianwei (Universiteit voor Wetenschap en Technologie van China, USTC) als drijvende kracht achter zowel de Micius-satelliet als de Beijing-Shanghai-backbone.

In Europa is QuTech in Delft (TU Delft/TNO) toonaangevend in fundamenteel onderzoek naar kwantumrepeaters en verstrengelde netwerken. De Europese Unie coördineert via EuroQCI de opbouw van nationale en grensoverschrijdende kwantumcommunicatie-infrastructuur, met bijdragen van onder meer Duitsland (Max Planck Institute for Quantum Optics), Oostenrijk (IQOQI Wenen) en Zwitserland, waar het bedrijf ID Quantique een van de eerste commerciële QKD-leveranciers is.

In de Verenigde Staten trekken het Department of Energy en nationale laboratoria zoals Argonne, Fermilab en Brookhaven de kar, vaak in samenwerking met universiteiten binnen de Chicago Quantum Exchange. Techbedrijven als IBM, Microsoft en Google zijn vooral actief in kwantumcomputing zelf, maar volgen netwerktechnologie op de voet omdat het koppelen van kwantumprocessors op termijn relevant kan worden voor hun platforms.

Ook Japan (Toshiba, met eigen QKD-systemen), Zuid-Korea (SK Telecom) en het Verenigd Koninkrijk (onder meer via de Quantum Communications Hub) hebben actieve onderzoeks- en pilotprogramma's. Daarnaast ontstaan kleinere gespecialiseerde bedrijven en spin-offs, onder meer vanuit Delft, die zich richten op onderdelen van de technologie zoals kwantumgeheugen en verstrengelingsbronnen.