Pre zvyšovanie povedomia o našich aktivitách je nevyhnutné vedieť predstaviť projekt širšiemu publiku. V nasledujúcom videu predseda výkonného výboru Slovenského národného centra pre kvantové technológie doc. Mgr. Mário Ziman, PhD. vysvetľuje podstatu kvantovej komunikácie. Rozhovor sa uskutočnil vo Fyzikálnom ústave SAV, v Pavilóne kvantových technológií QUTE a jeho hlavným cieľom je vysvetliť, čo sú to kvantové komunikačné technológie a ako fungujú.
Kvantová komunikačná infraštruktúra pridáva ku klasickým komunikačným technológiám ďalšiu vrstvu, ktorá zvyšuje bezpečnosť komunikácie. Kvantová vrstva komunikácie umožňuje skutočne bezpečné vygenerovanie šifrovacieho kľúča medzi dvoma vzdialenými používateľmi. Táto výmenu možno nazvať ako preukázateľne bezpečnú, pretože súkromie zabezpečujú fyzikálne zákony. Vďaka symetrickým (šifrovacím) kľúčom, ktoré vieme medzi dvoma užívateľmi vygenerovať pomocou kvantových technológií takým spôsobom, že akékoľvek odpočúvanie nemôže byť neodhalené, môžu títo užívatelia komunikovať bezpečne.
Za posledných niekoľko desaťročí sa objavilo mnoho pokusov o implementáciu takýchto kvantových sietí, ale všetky zostali na úrovni akademického výskumu za účelom demonštrácie. Na Slovensku chceme vyškoliť expertov pre zariadenia potrebné pre kvantovú komunikáciu, aby sme mohli zostrojiť vlastné prototypy. Ako experti na systém budeme vedieť lepšie reagovať na akýkoľvek typ útoku zameraného na implementáciu protokolu QKD, nie iba nákupom a výmenou nových zariadení.
V kvantovej komunikácii si môžeme súkromne vymieňať kryptografické kľúče pomocou fotónov a bez tohto kľúča teoreticky žiadny odposluch nemôže obnoviť správu, ktorá by bola zakódovaná pomocou metódy one-time-pad. Výhodou fotonického prístupu, ktorý sa vyvíja v Slovenskom národnom centre pre kvantové technológie, je kompatibilita so súčasnou telekomunikačnou infraštruktúrou, čo v praxi znamená, že na vytváranie kvantových sietí môžeme využiť existujúce optické káble. Stále cez ne budeme posielať svetlo, ale tentoraz na úrovni jedného fotónu. Pre distribúciu kvantového kľúča musíme vytvoriť optické uzly, ktoré budú schopné odosielať a prijímať príslušné kvantové informácie pomocou špecifického optického hardvéru. Optické uzly sú polarizačné analyzátory prijatého fotónu, ktoré môžu reprezentovať 2 rôzne logické hodnoty v závislosti od optickej dráhy, ktorou fotón prechádza.
Kvantová komunikačná vrstva založená na previazaní sa používa na výmenu korelácií s fotónmi. Stratégia implementácie založená na previazaní znamená, že kvantové systémy, aj keď sú umiestnené ďaleko od seba, majú „strašidelné“ vlastnosti, ktoré vykazujú silné korelácie bez klasického analógu. Výhodou použitia kvantových komunikačných technológií je, že aj keď sa odpočúvateľ pokúsi o útok na optické spojenie, obe strany, ktoré komunikovali, vidia rušenie a rozhodnú sa nepoužiť vygenerovaný kľúč, takže spustia protokol znova od začiatku.
V ďalšej časti rozhovoru doc. Mgr. Mário Ziman, PhD. vysvetľuje ako fungujú kvantové bity. Qubity sú hlavným nositeľom kvantovej informácie a môžu byť v superpozícii 0 a 1, čo znamená, že medzi nimi môže naberať súvislé a nekonečné množstvo hodnôt. Vo videu je tento princíp superpozície ilustrovaný objektom, ktorý môže vyzerať ako 0 aj ako 1 súčasne. Pomocou tejto technológie dokážeme vytvoriť kryptografické kľúče, zrýchliť matematické výpočty a urobiť merania presnejšie ako ktorýkoľvek klasický náprotivok.
Na optickom stole môžeme vidieť zdroj kvantovo-previazaného páru fonónov, ktorý sa používa pri kvantovej komunikácii. Laser v tomto systéme pumpuje kryštál, ktorý – v ideálnom prípade – vytvára páry fotónov s určitou polarizáciou, ktorú možno použiť na kódovanie qubitov. Polarizácia môže byť napríklad buď horizontálna alebo vertikálna, ale aj superpozícia oboch.
Fotónové páry sú upravené do požadovaného kvantového stavu a potom rozdelené cez optické káble na generovanie korelovaných signálov. Jeden z páru fotónov je privedený na horné poschodie Pavilónu kvantových technológií v Bratislave, kde sa nachádza optický uzol Bob a prijíma informácie, zatiaľ čo druhý z páru fotónov je odoslaný do Sankt Pöltenu v Rakúsku. Najnovšie máme podobnú linku zavedenú aj do Medzinárodného laserového centra v Bratislave. Do St. Pöltenu sa fotón dostane za 0,7 ms, do IQOQI Viedeň za 0,4 ms a do MLC v Bratislave za 0,03 ms.
V prvej časti projektu bude vybudovaný komunikačný systém v západnej časti Slovenska, neskôr linka spájajúca Prešov a Košice. Technológia bola otestovaná na spojení so Sankt Pöltenom a tešíme sa na vytvorenie siete s ďalšími mestami. skQCI – Slovenská národná kvantová komunikačná infraštruktúra je súčasťou spoločného európskeho kvantového komunikačného úsilia, čo znamená, že naše uzly budú neskôr v druhej fáze projektu prepojené s uzlami v iných európskych krajinách.
Nová kvantová komunikačná vrstva bude tvoriť vrchol existujúcej infraštruktúry internetu. Čo sa týka rýchlosti technológie, kvantové komunikačné protokoly nemôžu konkurovať súčasným rýchlostiam klasickej komunikácie. Prinesú však zvýšenú bezpečnosť, ktorá bude užitočná pre špecifické aplikácie, ako je odosielanie citlivých informácií (napr. zdravotných záznamov), kde rýchlosť nie je prvoradá.
V závere Dr. Ziman hovorí aj o kryogénnej chladničke, ktorá sa používa na chladenie detektorov.