Proč budovat kvantový internet?

Od reklamního sloganu k praktické technologii

Pokud jsou kvantové počítače poněkud matoucí, kvantový internet (quantum network) vás může zmást ještě o něco více. V podstatě je to tak trochu reklamní slogan, který vytváří představu zcela nového internetu, ale v praxi jde o techniky, jak s pomocí kvantových jevů zařídit vysoce bezpečný přenos informací v rámci klasického internetu.

Do jisté míry jde o „odstranění negativních následků pozitivních kvantových technologií“, jako je schopnost lámat šifry – přichází se tak s technikami, které dovolují například bezpečný přenos kryptografických klíčů (key distribution) nebo schopnost detekovat pokusy o odposlech komunikace třetí stranou (secure quantum protocol).

Řešení hledající problém?

Kritici kvantového internetu jej nazývají „řešení, které hledá problém“ („solution in search of a problem“), čímž naznačují, že jde o nákladný projekt, který mimo vysokého stupně zabezpečení nepřináší pro běžné uživatele žádné zásadní výhody. U kvantového internetu jde hlavně o zajištění bezpečných klasických komunikací, kdy je opravdu důležité bezpečně přenášet klíče nebo synchronizovat hodiny klasických serverů. Mluví se o „doplňkové síti“ (co-existent network), která by měla doplnit stávající internetovou infrastrukturu.

Experimentální technologie s potenciálem

Zatím jde o experimentální technologii ve fázi prototypového provozu založenou hlavně na kvantové fotonice. Fotony mají tu pěknou vlastnost, že jejich páry umíme dostat do vzájemně provázaného (entangled) stavu a dokážeme je vytvářet se zcela přesnou frekvencí (barvou), přitom mohou pro přenos využívat klasické optické sítě (fiber optic networks).

S tím se experimentuje hlavně na Západě, Čína v roce 2021 publikovala výsledky experimentu s mobilními kvantovými přenosy, kdy se používaly provázané fotony pro komunikaci mezi drony na vzdálenost jednoho kilometru. Zatím není jasné, kdy se kvantový internet začne používat v širším měřítku, odhady mluví o deseti až patnácti letech (tedy v letech 2035-2040).

Klíčové aplikace kvantového internetu

Základní důležitou aplikací je bezpečná distribuce kryptografických klíčů (QKD, quantum key distribution). Myšlenka je založená na tom, že není možné měřit stav kvantového systému, aniž byste ho změnili. Pokud se zpráva zakóduje do provázaných qubitů například ve formě provázaných párů fotonů, pokus o čtení zprávy provázané fotony změní a je tím možné poznat, že zprávu někdo přečetl. Jinými slovy není možné odposlouchávat takové zprávy tak, aby se to nedalo zjistit, aby komunikující strany nezjistily, že je jejich komunikace kompromitována. To dovoluje detekovat, zda klíč prošel bezpečně nebo byl odposlechnut a je tedy nepoužitelný.

Další využití kvantové provázanosti se uplatňuje pro vysoce přesnou kvantovou synchronizaci hodin (QKS, quantum clock synchronization), která je důležitá pro velmi přesně fungující zařízení, jako jsou GPS družice nebo počítače provádějící finanční transakce.

Kvantová teleportace – sci-fi nebo realita?

Trochu startrekovsky zní myšlenka kvantové teleportace (QT, quantum teleportation), ale zatímco u teleportace se ve sci-fi přenáší hmota, kvantová teleportace přenáší kvantovou informaci. Tato myšlenka se objevila v roce 1993, když se vědci zabývali otázkou, jak na dálku přenést stav neznámé kvantové informace – výsledkem je přenos kvantového stavu, ne přímo hmoty. To je důležité v případě, že chcete na dálku propojit kvantové počítače a přenášet mezi nimi přímo kvantovou informaci, což je klíčové pro budování rozsáhlých systémů kvantových počítačů. Experimenty s kvantovou teleportací se zabývá Čína, která od roku 2016 provádí výzkum s pomocí satelitu QUESS (Quantum Experiments at Space Scale).

Budoucnost kvantového internetu

Přestože může kvantový internet vypadat ještě více sci-fi než kvantové počítače, ve skutečnosti jeho vývoj probíhá dobře a je možné, že se dočká praktického nasazení dříve, než se podaří vyvinout velké praktické kvantové počítače. Jeho limitem je dnes spíše hledání tak důležitých aplikací, aby zdůvodnily náklady na jeho nasazení – ve většině použití nám dnes stačí klasické internetové technologie.

Michal Rybka

Michal Rybka je publicista a nadšenec s 20 lety zkušeností v IT a gamingu. Je kurátorem AlzaMuzea a YouTube kanálu AlzaTech. Napsal několik fantasy a sci-fi povídek, které vyšly v knižní podobě, a pravidelně pokrývá páteční obsah na internetovém magazínu PCTuning.