Sciencemag.cz
Related Articles
Jak převést technologie fungující v laboratorních podmínkách do prostředí, které umožňuje realistický provoz a praktické experimenty?
Fakulta elektrotechnická ČVUT v Praze slavnostně otevřela novou laboratoř kvantových technologií, jejíž součástí je kvantový komunikační polygon určený pro výzkum, testování a výuku. Unikátní pracoviště umožní testování kvantové komunikace v reálných podmínkách, výuku nové generace expertů i rozvoj technologií pro bezpečnou digitální infrastrukturu budoucnosti. Laboratoř vznikla v rámci konsorcia CZ.QCI v užší spolupráci s Univerzitou Palackého v Olomouci a vedle výzkumu a vzdělávání má ambici stát se součástí vznikající evropské kvantové komunikační infrastruktury.
Nově otevřená laboratoř v budově FEL ČVUT v Technické ulici v Praze-Dejvicích představuje významný krok v rozvoji českých kvantových technologií. Kvantový komunikační polygon umožňuje experimenty a demonstrace kvantové distribuce klíčů (QKD) i dalších principů kvantové komunikace v prostředí blízkém reálnému nasazení.
Pracoviště vzniklo v rámci projektu CZ.QCI, jehož cílem je budování bezpečné kvantové komunikační infrastruktury v České republice jako součásti evropské iniciativy EuroQCI. Kvantové technologie mají v budoucnu zásadně posílit ochranu citlivých dat a komunikace proti hrozbám spojeným s nástupem kvantových počítačů.
o QCI viz také:
Bezpečná data už běží po kvantové síti. Česko spouští infrastrukturu pro komunikaci budoucnosti
„Před více než třiceti lety stáli odborníci z naší fakulty u připojení Československa k internetu. Dnes se otevírá další technologická kapitola. Kvantové technologie mají potenciál proměnit způsob, jakým komunikujeme a chráníme informace, a my chceme být u zrodu této nové infrastruktury stejně aktivně, jako byla Fakulta elektrotechnická ČVUT u nástupu internetu v České republice. Stejně důležité je pro nás připravovat odborníky, kteří budou tyto technologie v budoucnu vyvíjet, provozovat a využívat v praxi,“ říká děkan FEL ČVUT prof. Petr Páta.
Zásadní rolí laboratoře nebude pouze výzkum a testování systémů, ale také vzdělávání nové generace odborníků v oblasti kvantových technologií. Polygon bude primárně sloužit studentům ČVUT v Praze, a to jak v rámci specializované výuky, tak celoživotního vzdělávání a dalším partnerům, kteří o tyto technologie projeví zájem. Studenti si zde budou moci prakticky vyzkoušet principy kvantové komunikace i práci s technologiemi, které budou v budoucnu součástí kritické digitální infrastruktury.
Od národního projektu k evropské kvantové síti
Koncept laboratoře vznikl ve spolupráci s Univerzitou Palackého v Olomouci a navazuje na aktivity širšího konsorcia CZ.QCI. Zatímco olomoucký partner přináší silné zázemí v základním výzkumu mimo jiné experimentální kvantové fyziky, ČVUT rozvíjí aplikační rovinu projektu a převod fyzikálních principů do prakticky využitelných technologií. Laboratoř je zároveň otevřenou platformou pro spolupráci všech partnerů konsorcia CZ.QCI i dalších institucí, které se podílejí na rozvoji kvantových technologií v České republice.
Kvantový polygon na FEL ČVUT je navržen tak, aby se v budoucnu mohl stát součástí vznikající evropské kvantové komunikační infrastruktury. Vedle výzkumu, výuky a testování technologií tak bude sloužit také jako prostředí pro ověřování postupů a řešení, která mohou najít uplatnění v celoevropské síti bezpečné kvantové komunikace.
„Budoucnost bezpečné komunikace a kvantových výpočtů je spojena s kvantovým internetem. Dnes jsme v podobné situaci, jako byl klasický internet na počátku devadesátých let – technologie se ověřují, vznikají první infrastruktury a hledají se cesty k jejich praktickému nasazení. Nový polygon nám umožňuje testovat a demonstrovat kvantovou komunikaci v podmínkách blízkých reálnému provozu a současně připravovat pracoviště na zapojení do vznikající evropské kvantové komunikační infrastruktury. Naší ambicí je, aby se stal přirozenou součástí evropské sítě a místem, kde budou vyrůstat i nové generace odborníků pro tuto technologii,“ říká prof. Igor Jex, garant programu kvantových technologií na ČVUT, který působí na Fakultě jaderné a fyzikálně inženýrské.
Rozvoj kvantových technologií je dnes strategickou prioritou řady vyspělých zemí. Univerzity a výzkumné instituce v tomto procesu nehrají pouze roli poskytovatelů vzdělání a základního výzkumu, ale také partnerů, kteří státu a průmyslu pomáhají budovat odborné kapacity, ověřovat nové technologie a připravovat jejich budoucí nasazení. Prof. Jex v této souvislosti dodává: „Vnímáme jako přirozenou roli univerzit poskytovat své odborné kapacity a zkušenosti při rozvoji technologií, které mohou mít zásadní význam pro budoucí bezpečnost, konkurenceschopnost a technologickou suverenitu České republiky. Takové projekty zároveň ukazují, jak mohou vysoké školy a výzkumné instituce přispívat svými znalostmi a infrastrukturou k budování bezpečnějšího a technologicky vyspělejšího prostředí pro celou společnost.“
Součástí slavnostního otevření byla také komentovaná prohlídka laboratoře a návštěva dalších pracovišť FEL ČVUT zaměřených na kvantový výzkum a výuku.
V laboratoři: zleva: Jiří Weiss, Leoš Boháč, Jiří Vodrážka, Jaroslav Burčík
Foto: Petr Neugebauer, FEL ČVUT
Praktickou realizaci kvantové komunikace a provoz polygonu zajišťuje katedra telekomunikační techniky FEL ČVUT. Laboratoř zároveň navazuje na již probíhající vzdělávací aktivity univerzity. Do navazujícího magisterského programu Kvantová informatika zaměřeného na kvantové technologie nastoupilo 17 studentů a specializovaným předmětem Kvantové optické komunikace a sítě letos prochází většina z nich. Nové pracoviště významně rozšíří možnosti jejich praktické výuky.
„Jednou z největších výzev bylo převést technologie fungující v laboratorních podmínkách do prostředí, které umožňuje realistický provoz a praktické experimenty. Právě tak se ostatně rodily i první internetové infrastruktury – od experimentálních připojení k technologiím každodenního života. Kvantová komunikace je dnes na podobném začátku a naším cílem je vytvořit prostor, kde bude možné nové principy nejen zkoumat, ale také ověřovat jejich budoucí využití v reálných sítích. Stejně důležité je, aby si je mohli osvojit studenti, kteří budou jednou podobné systémy navrhovat a provozovat,“ doplňuje doc. Leoš Boháč.
Ambicí projektu je přispět k budování budoucího kvantového internetu a posílit technologickou suverenitu České republiky v oblasti bezpečné komunikace, obrany a kritické infrastruktury.
Na průvodní tiskové konferenci dále mj. zaznělo:
- Jeden z hlavních cílů laboratoře je, aby studenti i odborníci mohli s technologii získat přímou zkušenost i fyzicky. Probíhá zde testování zařízení, ladění, zkoumání kompatibility různých výrobců/dodavatelů. Získané zkušenosti budou podstatné při nasazování kvantových technologií do kritické infrastruktury. Specializovaná zařízení pro kvantové technologie zlevňují, stále více získávají podobu již předem integrovaných systémů, které se dají snadněji propojovat s komponentami dodavatelů „běžného“ IT (viz např. úvodní foto: „lednice“ umožňuje dosáhnout teploty 2 K, tedy mezihvězdného prostoru).
- V současné době na páteřní trase Praha – Ostrava již probíhá distribuce kvantových šifrovacích klíčů. Do projektu se mohou zapojovat partneři včetně těch z komerční sféry a např. získávat takto generované klíče pro další vlastní testování technologie (zašifrovaná data lze již posílat běžným kanálem).
- Vedle toho se testuje i přenos fotonů reprezentujících kvantovou informaci bezdrátově, vzduchem.
- Kvantová kryptografie je pouze první fází těchto projektů. Dalším krokem bude samotný „kvantový Internet“ umožňující mj. sdílet mezivýsledky různých kvantových počítačů i samotný entanglement – tj. propojovat kvantové počítače se známým efektem na jejich výpočetní výkon.
- Aktuálně se zavádění kvantových technologií nachází zhruba ve fázi jako Internet v 70.-80. letech. Očekáváme mj. rychlý pokrok a nasazování kvantových opakovačů (repeater), umožňujících vyřešit útlum signálu. Následovat by mohlo postupné zahušťování kvantových sítí.
- Pokrok v samotných kvantových počítačích by již kolem roku 2030 nebo těsně poté mohl znamenat přímé ohrožení současných asymetrických šifer (samotný Shorův algoritmus je již z roku 1994). Již nějakou dobu zde existuje riziko Harvest Now, Decrypt Later, před níž oficiálně varuje např. i Národní úřad pro kybernetickou a informační bezpečnost. Viz také: Vytvořit kryptosystém založený na NP-těžkém problému ještě nestačí
- Vedle kvantové kryptografie se pro postkvantovou bezpečnost nabízejí i matematické metody (včetně prostého prodloužení délky klíčů), ty s sebou nicméně nesou riziko, že budou pouze dočasným řešením (neznáme rychlost pokroku kvantových počítačů z hlediska hardwaru ani efektivity nových/optimalizovaných kvantových algoritmů). Kvantová kryptografie, třeba i v roli doplňkového prostředku, nabízí zabezpečení garantované přímo fyzikálními zákony. Konkrétní projekty přitom ovšem stále vyžadují počáteční analýzu a správnou implementaci, i proto je důležité získat s technologií zkušenost před nasazením do produkčního prostředí.
