Először sikerült kvantuminformációt továbbítani hétköznapi eszközökkel, meglévő távközlési infrastruktúrán. 

A Toshiba Europe kutatói 254 kilométeres távolságon keresztül továbbítottak kvantuminformációt hagyományos számítógépek és optikai kábelek segítségével. Ez az első alkalom, hogy koherens kvantumkommunikációt – az adatátvitel egyik ultrabiztonságos formáját – sikerült megvalósítani meglévő távközlési infrastruktúrán anélkül, hogy szükség lett volna a korábban elengedhetetlen költséges kriogenikus hűtésre. 

Mirko Pittaluga fizikus, a Nature folyóiratban szerdán megjelent tanulmány vezető szerzője szerint az általuk használt eszközök „pontosan azon szálak mellett futottak, amelyeket a hétköznapi kommunikációhoz is használunk, és az utak, valamint a vasútállomások alatt találhatók”. 

Ez az eljárás – amely jórészt bolti forgalomban is elérhető eszközökkel dolgozik – kulcsfontosságú lépés a kvantumkommunikáció elérhetővé tételében és szélesebb körű alkalmazásában a titkosított adatátvitel során, állapították meg független fizikusok és mérnökök. 

David Awschalom, a Chicagói Egyetem fizikaprofesszora szerint „mindez annyira közel áll a valósághoz, amennyire csak lehet. Lenyűgöző, kifejezetten szép bemutató.” 

A biztonság új dimenziója 

A hagyományos internetes adatátvitel fix értékű bitekkel (0 vagy 1) történik. A kvantuminformáció ezzel szemben kvantumbiteken, azaz qubiteken keresztül áramlik, amelyek egyszerre több értéket is tárolhatnak – ezzel a kommunikáció sokkal biztonságosabbá válik. 

Pittaluga és a Toshiba Europe csapata Kehl és Frankfurt adatközpontja között továbbította a kvantuminformációt. A két város között félúton fekvő Kirchfeldben elhelyeztek egy detektort, amely lehetővé tette, hogy az üzeneteket megszakítás nélkül küldjék tovább. Awschalom szerint ilyen távokkal már nagyvárosokon belül vagy települések között is lehetne kvantuminformációt továbbítani, ami különösen hasznos lehet kórházak, bankok vagy más, nagy fokú adatbiztonságot igénylő intézmények számára. 

Hasonló kutatások zajlanak másutt is, például az Egyesült Királyságban és az Egyesült Államokban, többek között a Pennsylvaniai Egyetemen. 

Kvantumgépek és titkosítás 

A jelenlegi internetes adatátvitelt matematikai algoritmusokon alapuló titkosítás védi, amik feltörése a hagyományos számítógépeknek évtizedeket venne igénybe, ám a kvantumszámítógépek fejlődésével ez az időtáv drasztikusan csökken. Ahogy azok egyre erősebbek lesznek, a jelenlegi titkosítási módszerek is mindinkább sérülékennyé válnak. 

Prem Kumar, az amerikai Északnyugati Egyetem professzora szerint „minden jelentős adat, amit az interneten továbbítunk, lehallgatható, rögzíthető és tárolható, majd akár egy évtized múlva visszafejthető”. Ezt a szakmában úgy nevezik: „gyűjtsd be most, fejtsd vissza később”. 

A szakember úgy vélte, hogy  ennek kivédésére az egyik megoldás a kvantumkriptográfia, amely, mint említettük, matematikai algoritmusok helyett a kvantummechanika fizikai törvényeit használja titkosító kulcsok létrehozásához. 

Awschalom szerint  

„annak az esélye, hogy valaki visszafejt egy kvantumkulcsot – tehát azt a számot, amely az adatok dekódolásához kell –, gyakorlatilag nulla”. 

A probléma eddig az volt, hogy ezeket a kvantumkulcsokat a laboratóriumokon kívül évtizedekig nem sikerült hatékonyan elosztani. 

Technikai áttörés drága hűtés nélkül 

A világon szinte mindenhol optikai szálakon zajlik a kommunikáció, amelyek fotonokat szállítanak. A hagyományos bitinformációk esetében ez több millió fotont jelent, míg kvantuminformációt csupán egyetlen szállít. 

Ennek érzékeléséhez eddig rendkívül drága, folyékony héliummal hűtött szupravezető detektorokra volt szükség, amelyek ára elérheti a több százezer dollárt, és működésükhöz –270 Celsius-fok alatti hőmérséklet kellett, ami inkompatibilis a jelenlegi hálózatokkal. 

A Toshiba Europe csapata ezzel szemben jóval olcsóbb, ún. lavina-fotodiódás detektorokat használt, amelyek szobahőmérséklet közelében is működnek, és csupán néhány ezer dollárba kerülnek. Ezeket azonban eddig még nem alkalmazták koherens kvantumkommunikációban, mivel közel tizedannyira hatékonyak az egyfotonos jelek érzékelésében, és hajlamosak az ún. afterpulse jelenségre, amikor a detektor még egy korábbi jel visszhangját érzékeli, és emiatt hibásan működik. 

Pittaluga szerint a csapata úgy orvosolta ezt, hogy két különálló detektorcsoportot használt: az egyik a jelet érzékelte, míg a másik a környezeti zaj kiszűréséért felelt. 

A kutatás célja egy olyan kvantuminternet létrehozása volt, amely a jelenleginél nagyságrendekkel biztonságosabb adattovábbítást tenne lehetővé. 

A fizikus azonban elismerte: bár az áttörés jelentős, a technológia még mindig drága és nehezen kivitelezhető a meglévő titkosítási rendszerekhez képest. Awschalom szerint azonban tíz éven belül látni fogunk kvantumalapú adatvédelmi megoldásokat és városi léptékű kvantumhálózatokat is.