První uzly kvantového internetu

Kvantový internet nebude rychlejší verzí dnešního webu. Je to síť určená k přenosu kvantových stavů mezi uzly, často pomocí fotonů v optickém vlákně nebo ve volném prostoru. První demonstrace týmů v Delftu, Chicagu, Che-feji a dalších centrech propojily malé počty uzlů v laboratoři nebo na městské vzdálenosti, dost na ověření základního potrubí.

Mechanismus je rozdělování provázání. Dvě částice se připraví tak, aby výsledky jejich měření souvisely silněji než běžná klasická korelace. Síťový uzel může uchovat křehký stav v atomu, iontu, defektu v diamantu nebo supravodivém obvodu, zatímco fotony nesou provázání k jinému uzlu. Protože neznámý kvantový stav nelze kopírovat, opakovače nemohou signál prostě zesílit jako běžné internetové zařízení. Musí provázání vytvářet, ukládat, přepojovat a čistit.


Čísla jsou zatím skromná, ale důležitá. Experimenty propojily uzly přes desítky kilometrů optického vlákna a satelitní ukázky kvantových klíčů, včetně čínské družice Micius v roce 2017, ukázaly komunikaci na mnohem delší vzdálenosti přes vesmír. V roce 2021 oznámili nizozemští výzkumníci tříuzlovou síť založenou na provázání, malý, ale významný krok za spojení bod-bod.

Limity jsou tvrdé. Kvantové paměti žijí krátce, fotony se ve vlákně ztrácejí a chybovost rychle roste, když se řetězí více operací. Kvantová distribuce klíčů už má smysl v některých specializovaných situacích, ale obecný kvantový internet pro distribuované výpočty nebo slepé kvantové služby potřebuje lepší opakovače, standardy a hardware fungující mimo hrdinské laboratorní podmínky.


Slib je tedy úzký a skutečný. První uzly nenahrazují Wi-Fi. Učí inženýry, jak přenést důvěru, měření a výpočty do světa, kde lze informaci sdílet, aniž by se kopírovala v běžném smyslu.

Výzkumná mapa je dnes mezinárodní. QuTech v Delftu, University of Chicago a Argonne National Laboratory, University of Science and Technology of China v Che-feji, laboratoř Toshiba v Cambridgi i European Quantum Internet Alliance testují jednotlivé části systému: paměti, městská optická vlákna, satelitní spojení, řídicí software a protokoly. Běžné telekomunikační vlákno může vést fotony na vlnových délkách okolo 1 550 nanometrů, ale ztráty s délkou stále rostou; po zhruba 100 kilometrech jsou přímá spojení těžká bez opakovačů nebo důvěryhodných mezistanic.

Proto jsou normy a inženýrství stejně důležité jako fyzika. Užitečná kvantová síť potřebuje hodiny, kalibraci, ověřování totožnosti, směrování a hardware, který zvládnou udržovat technici, ne jen doktorandi. Potřebuje také opatrné bezpečnostní tvrzení. Kvantová distribuce klíčů může odhalit odposlech kanálu, ale sama nezabezpečí špatný software, ukradené koncové zařízení ani slabé ověření identity. Limit je tedy praktický: první uzly dokazují, že provázání lze rozdělovat, ne že celostátní kvantový internet je hotový. Další test zní, zda se křehká spojení mohou stát opakovatelnou infrastrukturou.