Onkraakbare beveiligingsmethodes ontwikkelen met kwantumoptica
Nog altijd kijkt Pepijn Pinkse, hoogleraar adaptieve kwantumtechnologie, met kinderlijke nieuwsgierigheid naar zijn eigen vakgebied: de kwantumoptica. ‘Als ik experimenten uitvoer, denk ik vaak: verrek, hoe kan de natuur zo in elkaar zitten.’
Met zijn onderzoeksgroep bestudeert hij de interactie van licht met de omgeving, waarbij kwantumeigenschappen een rol spelen. De hoogleraar illustreert zijn vakgebied aan de hand van een laserpointer. In zijn kantoor schijnt hij met de laser op een tafelblad, waar één duidelijk stipje op verschijnt. Dan plakt Pinkse een klein stuk plakband op de laserpointer. Op de tafel verschijnt een complex patroon van allemaal kleine puntjes. ‘Hoe dit patroon ontstaat, hangt samen met de ruwheid in het plakband; de dikte verschilt van plek tot plek en veroorzaakt de complexe verstrooiing van de lichtdeeltjes.’
De toevoeging ‘adaptief’ wijst op systemen waar knoppen inzitten die Pinkse en zijn onderzoeksgroep kunnen instellen, om de interactie tussen lichtdeeltjes te beïnvloeden en controleren. ‘Het meest voor de hand liggende voorbeeld dat we in Twente gebruiken, is een spatial light modulator, een SLM. Deze techniek zit bijvoorbeeld in een beamer, waarmee we beelden op een wand kunnen projecteren. In zo’n modulator zitten duizenden knopjes, oftewel pixels, waarmee we kunnen spelen en waar we aan kunnen draaien om het licht te beïnvloeden.’
Een vergelijkbare technologie is terug te vinden in geïntegreerde fotonische circuits, een onderzoekstak binnen de groep van Pinkse. ‘Deze tak heeft de laatste jaren een hoge vlucht genomen. De startup Quix Quantum met onder meer Jelmer Renema is daar een voorbeeld van. Ook hier gaat het om de wisselwerking tussen lichtdeeltjes. Inmiddels is door Quix een fotonische kwantumprocessor gebouwd en werken ze aan een fotonische kwantumcomputer, de eerste in Europa.’
Volgens de hoogleraar konden dergelijke toepassingen ontstaan door de sterke infrastructuur op en om de campus op het gebied van fotonica, een technologie die zich richt op het detecteren, opwekken, transporteren en bewerken van licht. ‘Het unieke van Twente is dat we al jaren hele mooie fotonische hardware kunnen maken in de cleanrooms.’ Ook benadrukt hij het ondernemende karakter van de UT. ‘Er wordt hier niet raar opgekeken als je als wetenschapper een bedrijf begint, in tegenstelling tot sommige andere universiteiten.’
Zelf gebruikt Pinkse de fotonische hardware voor onkraakbare beveiligingsmethodes, oftewel kwantumveilige authenticatie. ‘Fysieke sleutels die niet kunnen worden gekopieerd met bestaande of te voorziene technologie bestonden al, maar door het uitlezen met kwantumlicht wisten we ze in Twente nog veiliger te maken. Kwantumcomputers zijn veelbelovend, maar dit is kwantumtechnologie die nu al werkt.’
Met zijn onderzoeksgroep ontwikkelde Pinkse een kwantumcreditcard. ‘Op de kaart zit een wit stukje plastic, dat we met kwantumlicht kunnen uitlezen.’ De hoogleraar had zelfs contact met banken en investeerders over de creditcard. ‘Helaas zagen zij de markt niet. Er zijn zoveel miljarden in de huidige hardware geïnvesteerd, dat ze de paar miljoen aan fraude voor lief nemen. Daarom werken we nu aan toepassingen waarbij de veiligheid wél superkritisch is. Denk aan cryptografische systemen waarmee overheidsgeheimen worden versleuteld.’
De toepassingen maken kwantumoptica volgens Pinkse een bijzonder vakgebied. ‘Maar het gaat ook om hele fundamentele vragen. Het mooie aan kwantumoptica is dat we baanbrekende experimenten nog steeds gewoon in onze eigen labs kunnen doen. Dat geldt maar voor weinig vakgebieden. Vaak is de nieuwste apparatuur maar op een paar plekken op de wereld voorhanden. Ik kan het gewoon om de hoek doen in mijn eigen laboratorium. Bovendien kan ik het met relatief eenvoudige wiskunde beschrijven. Als ik experimenten uitvoer, denk ik nog steeds: verrek, hoe kan de natuur zo in elkaar zitten.’
Onderwijs
Deze fascinatie probeert de hoogleraar ook over te brengen op zijn studenten. ‘Het gaat om de kinderlijke nieuwsgierigheid, die ik zelf ook voel. Ik wil de verwondering overbrengen op studenten, aan de hand van voorbeelden en verhalen uit de praktijk. Die kinderlijke nieuwsgierigheid probeer ik ook binnen onze eigen onderzoeksgroep te stimuleren: er moet vrijheid zijn om onbekende wegen te verkennen. Serendipiteit, iets vinden waarnaar je niet op zoek was, vind ik heel belangrijk. Daar heb ik genoeg voorbeelden van gezien in mijn carrière en dat wil ik graag stimuleren.’
over Pepijn Pinkse
Pinkse studeerde natuurkunde aan de Universiteit Leiden en promoveerde aan de Universiteit van Amsterdam. Na een korte postdoc aan de Universiteit van Konstanz, bracht hij tien jaar door aan het gerenommeerde Max-Planck Instituut voor Quantum Optiek in de divisie van Gerhard Rempe. In 2009 stapte hij over naar de Universiteit Twente, waar hij onder meer pionierswerk verrichtte op het gebied van kwantumveilige authenticatie. Voor zijn onderzoek ontving hij in 2013 een Vici beurs, de hoogste persoonsgebonden beurs van de NWO. Sinds 2019 is Pinkse hoogleraar ‘Adaptive Quantum Optics’. Ook is hij directeur van het centrum voor QUAntum NanoTechnology Twente (QUANT).
Persfoto's
Deze persfoto's mogen gebruikt worden onder vermelding van fotograaf Fokke Eenhoorn.