Demonstracija meddržavne kvantno-komunikacijske povezave

Včeraj so ob robu srečanja skupine G20 o digitalni ekonomiji strokovnjaki iz Slovenije, Italije in Hrvaške demonstrirali kvantno-komunikacijsko povezavo med Trstom, Ljubljano in Reko.

Pojem kvantne komunikacije trenutno v glavnem zaobjema zmogljivost kvantnega šifriranja. To pomeni, da uporabimo kvantni šifrirni ključ, ki je odpornejši na prisluškovanje od klasičnega. Ker se takšen ključ prenaša v obliki razmeroma majhnega števila fotonov, vsakršno prestrezanje pusti neizbrisne sledi, saj fotonov ne moremo preprosto podvajati ali prebrati, ne da bi nepopravljivo zmotili njihovo stanje. Kvantno-komunikacijska omrežja bodo zato v prihodnosti predstavljala hrbtenico varnih povezav na internetu, včerajšnja praktična demonstracija pa kaže, da se tehnologija že vztrajno prebija iz laboratorijev.

Ob robu sestanka skupine G20 na temo digitalne ekonomije je včeraj popoldne potekal tudi prvi prikaz komunikacijskega kanala s kvantnim šifriranjem med tremi državami: Slovenijo, Italijo in Hrvaško. Na naši strani so sodelovali fiziki s Fakultete za matematiko in fiziko v Ljubljani, na italijanski Oddelek za fiziko Univerze v Trstu in Center za kvantne komunikacije Nacionalnega inštituta za optiko, na hrvaški pa zagrebški Inštitut Ruđer Bošković. Povezava od Trsta do Ljubljane (preko Postojne) je potekala na optičnih vodih Telekoma Slovenije, medtem ko je linijo med Trstom in Reko vzpostavil Stelkom. Kvantni ključ je bil velik 4000 bitov, po povezavi pa so izvedli tudi koncert glasbenih akademij iz Ljubljane, Trsta in Zagreba.

Poudariti gre, da dogodek ne obeležuje kakšnega tehničnega rekorda, saj vzpostavljena povezava ni bila ne najdaljša ne najhitrejša. Gre pa za pomembno demonstracijo meddržavnega sodelovanja in tehničnih zmogljivosti, ki bodo temelj postavljanja skupne evropske kvantno-komunikacijske infrastrukture (EuroQCI). Prvič se je tudi zgodilo, da so takšno povezavo vzpostavile tri sosednje države.

Posodobitev (8. avgust): Profesor dr. Anton Ramšak s FMF, ki je pri projektu sodeloval, nam je odgovoril še na nekaj tehničnih vprašanj.

Ali se je prenos kvantnih ključev vršil po isti povezavi kot siceršnja komunikacija ali pa je bil uporabljen ločen kanal?

AR: Kvantni del povezave je bil izveden po običajnem optičnem vlaknu, ki nam ga je posodil Telekom, vendar je to t.i. “dark fibre”, vlakno, ki trenutno ni v uporabi za nobeno drugo komunikacijo. Ker se pri kvantni komunikaciji pošilja samo po en foton, tega ni mogoce ojačiti in zato povsem običajna komunikacijaska vlakna niso uporabna. Zaradi absorpcije v vlaknih namreč običajni svetlobni signal ojačijo na vsakih 20-40 km. “Naše” vlakno je bilo v enem kosu, to pomeni, da so morali direktno premostiti ojačevalce. Tudi ne sme biti običajnih konektorjev, ampak je bilo potrebno vse stike zvariti, da je manj izgub in odbojev na stikih. Ker ni ojačevalcev, ni bilo mogoče uporabiti enega samega vlakna od Trsta do Ljubljane, ker je predaleč. Zato smo v Postojni, v zgradbi Telekoma, postavili t.i. “trusted node”, računalnik, ki je signal iz Trsta preprosredoval v Ljubljano. V bistvu smo imeli dve ločeni kvantni povezavi: Trst-Postojna in Postojna -Ljubljana.

Za kakšne sorte kvantne ključe natančneje je šlo - so vsebovali prepletene fotone ali ne?

AR: Za vzpostavitev kvantnega ključa smo uporabili protokol BB84, kjer se ne potrebuje prepletenih fotonov. V prihodnje nameravamo izvesti tudi t.i. entanglement swapping, kar je bistveno bolj zahtevno. To pomeni, prenos prepletenosti z ene lokacije na drugo. Vendar moramo prej razviti ustrezne elemente (kvantne spominske celice). To delamo v sodelovanju s kolegi z Instituta J. Stefan. V okviru sodelovanja s hrvaškimi kolegi bomo v prihodnosti tudi vzpostavili povezavo do Zagreba (verjetno spet v dveh korakih, npr., preko Novega mesta) in izvajali kvantne operacije na tej razdalji. V naslednjih korakih bo nekoč vzpostavljena povezava z vsemi sosednjimi drzavami, kar pa ne bo več znanstvena, ampak verjetno povsem komercialna dejavnost.

V italijanski objavi je mogoče zaslediti, da je bila povezava do Reke "podaljšana" do Zagreba - kaj to pomeni v tehničnem smislu?

AR: Hrvaška povezava je bila kvantna samo na relaciji Trst-Reka, v enem kosu, vlakna je posodila firma Stelkom, ob pomoči Telekoma. Do Zagreba je bilo predaleč, ker v Sloveniji in Hrvaški nimamo dovolj opreme, da bi lahko vzpostavili dovolj vmesnih postaj (gre za drage t.i. “single photon” oz. enofotonske detektorje; na FMF imamo samo 2). Od Reke do Zagreba je bila zato le klasična “varna” povezava, kot jo uporablja Hrvaška za svoje varne komunikacije.