Hoe veel informatie past in een foton?

03 / 02 / 2017 | Rense Kuipers

Het begon met een fundamentele vraag voor MESA+-onderzoekers: hoe veel informatie kun je in één minuscuul lichtdeeltje (foton) stoppen? Meer dan 10 bit, bleek uit hun onderzoek, dat ze publiceerden in het wetenschappelijke tijdschrift Optics Express.

Die 10 bit lijkt weinig, maar behoort tot de hoogste waardes ooit gehaald én is flink meer dan voor mogelijk werd gehouden, vertelt UT-professor Pepijn Pinkse (Complex Photonic Systems). ‘Initieel dacht ik dat een foton maximaal 1 bit aan informatie zou kunnen bevatten.’

Alfabet

Pinkse en collega-onderzoekers wilden kijken of er meer informatie in een foton kan zitten. Ze associeerden een foton met een symbool uit een heel groot alfabet. Dat foton stuurden ze vervolgens een volledig ‘zwart veld’ in, bestaande uit ruim negenduizend symbolen, op hun beurt gerepresenteerd door groepen van pixels. Door dat tafereel vast te leggen met een uiterst gevoelige camera, constateerden ze dat een foton op deze manier ruim 10 bit aan informatie kan bevatten.

Universum

‘Hoe meer symbolen je gebruikt, hoe meer informatie je in een foton kunt stoppen’, legt Pinkse uit. Hij zet de prestatie meteen in perspectief: ‘In theorie kun je 270 bit met een foton versturen, maar dan zou je net zoveel symbolen nodig hebben als het universum uit atomen bestaat. We kunnen tot meer dan 10 bit komen, maar snel zal het dus zeker niet gaan.’

Veilige communicatie

Volgens Pinkse kun je de vinding toepassen om communicatieprotocollen sneller en veiliger te maken, bijvoorbeeld in de communicatie tussen kwantumcomputers. ‘Door informatie uit fotonen niet op één plek op te slaan, maar zoals nu over negenduizend symbolen te verspreiden, zijn er mogelijkheden om in de toekomst kwantumveilige communicatie nog zekerder te maken. Dat zijn we nu aan het onderzoeken.’

Recommended

‘Ik heb amper tijd om mijn collega’s te begroeten!’

‘Aan de borreltafel’ is een rubriek over wetenschap. Wetenschapsjournalist Enith Vlooswijk praat met én tekent over UT-onderzoekers, die vertellen over hun vakgebied en de misvattingen die hierover bestaan. In deze negende aflevering: Sonia Garcia Blanco, universitair hoofddocent bij de TNW-vakgroep Optical Sciences.

'I hardly have time to greet my colleagues!'

‘Over a pint’ is a series about science. UT researchers talk to science journalist Enith Vlooswijk about their field and the misconceptions that exist about it. Enith turns their input into writing and drawings. This ninth episode: Sonia Garcia Blanco, associate professor at the TNW Optical Sciences group.

'We want to make cycling safer and more enjoyable'

How can you make cycling safer and more attractive with the help of technology? In the coming weeks, UT researchers are conducting field tests with various warning systems on an e-bike, for the ‘Smart Connected Bikes’ project. A reporter cycled along as a volunteer guinea pig on behalf of U-Today, from the campus through Twekkelerveld.

‘We willen fietsen veiliger en plezieriger maken’

Hoe kun je fietsen veiliger en aantrekkelijker maken met behulp van technologie? UT-onderzoekers voeren de komende weken vanuit het Smart Connected Bikes-project veldtesten uit met verschillende waarschuwingssystemen op een e-bike. Een verslaggever fietste namens U-Today als vrijwillig proefkonijn mee, vanaf de campus door Twekkelerveld.

UT scientist works with homeless people as ‘co-researchers’

In a first study of its kind, UT scientist Carmen Anthonj recently worked directly with homeless people in Bonn, Germany. Her goal was to understand their water and health challenges and to find solutions, which she is presenting to the Bonn city officials this week. ‘This might the most important thing I have done in my entire career.’

Een bio-kunstnier voor een betere dialyse

Dimitrios Stamatialis, UT-hoogleraar Advanced Organ Bioengineering and Therapeutics, werkt aan de ontwikkeling van een verbeterde kunstnier. ‘Stap voor stap onderweg naar een implanteerbaar apparaat dat de functie van een gezonde nier nabootst.’

A bio-artificial kidney to improve dialysis

Dimitrios Stamatialis, UT Professor Advanced Organ bioengineering and Therapeutics, works on developing an improved artificial kidney. ‘Step by step towards an implantable device that mimics the function of a healthy kidney.’