Komunikacja kwantowa przyczyni się do powstania internetu nowej generacji. Europa może się stać liderem w tej dziedzinie

Powstają pierwsze systemy komunikacji kwantowej, które posłużą do skonstruowania komputerów nowej generacji. Upowszechnienie komunikacji i urządzeń kwantowych przyczyni się do powstania bezpiecznego internetu, przyspieszy proces analizy dużych zbiorów danych zgromadzonych w ramach big data, pozwoli opracować niezawodne szyfry oraz udoskonalić technologię uczenia maszynowego. Na rynku pojawiają się już pierwsze komercyjne produkty oparte na technologii kwantowej.

– W dziedzinie komunikacji kwantowej istnieją już produkty komercyjne przeznaczone do szyfrowania. Możemy więc w wybranych lokalizacjach montować urządzenia do komunikacji kwantowej, które są połączone i umożliwiają wymianę współdzielonego klucza oraz komunikację. Jest to bardzo przydatne w szyfrowaniu, gdyż pozwala nam wymieniać i uzyskiwać kopię danego klucza kryptograficznego w dwóch miejscach. To coś, co ma prawdziwe zastosowanie i potencjał komercyjny – mówi agencji informacyjnej Newseria Innowacje Carlos Abellan z firmy Quside.

Potencjałem technologii kwantowych zainteresowała się m.in. Komisja Europejska, która w ramach programu Horizon 2020 powołała do życia inicjatywę European Quantum Technologies Flagship. W pierwszej fazie wdrożeniowej w jej ramach zostanie zrealizowanych 20 projektów, które uzyskają łączne wsparcie rzędu 132 mln euro. Budżet na kolejne lata będzie znacznie większy – na rozwój technologii kwantowych przeznaczono aż 1 mld euro. Członkowie Komisji liczą na to, że dzięki European Quantum Technologies Flagship kraje Unii Europejskiej staną się globalnym liderem na rynku rozwiązań kwantowych.

Na Uniwersytecie Padewskim we Włoszech przeprowadzono już pionierskie badania nad systemami satelitarnej komunikacji kwantowej. Naukowcom udało się przesłać informacje z rosyjskiego systemu nawigacji satelitarnej GLONASS do Centrum Kosmicznej Geodezji Włoskiej Agencji Kosmicznej. Eksperyment dowiódł, że istnieje możliwość przesyłania pojedynczych fotonów pomiędzy satelitą a stacją odbiorczą oddaloną o przeszło 20 tys. km przy wykorzystaniu metody kwantowej dystrybucji klucza. Technologia ta mogłaby doprowadzić do powstania satelitarnego internetu kwantowego i bezpiecznej wymiany informacji pomiędzy komputerami. Dane transmitowane metodą kwantową byłyby niemożliwe do rozszyfrowania.

– W przyszłości największą zmianą oraz wydarzeniem będzie wyjście z rynków specjalistycznych i niszowych do systemów, które charakteryzują się prawdziwym potencjałem wdrożeniowym i z których będzie mogło korzystać dużo więcej użytkowników. To pierwszy etap dystrybucji kluczy kwantowych, rozpoczynamy integrację tego typu rozwiązań. W przyszłości, gdy pojawią się już komputery kwantowe i symulatory wymagające wzajemnej komunikacji, taka technologia kwantowa umożliwi ich połączenie i komunikację – przewiduje ekspert.

Jednym z najważniejszych wynalazków w tej branży może się okazać prototypowy układ optyczny opracowany przez naukowców z amerykańskiego Narodowego Instytutu Standaryzacji i Technologii. Pozwoli on rozwiązać jeden z największych problemów, jaki napotykają na swojej drodze projektanci systemów kwantowych: metodę wymiany informacji pomiędzy urządzeniami przetwarzającymi i przechowującymi dane a światłowodami transportującymi informacje. Te pierwsze wykorzystują światło widzialne, drugie zaś – podczerwone, o wielokrotnie dłuższej fali. Do stworzenia efektywnego systemu optycznej wymiany danych wykorzystano zjawisko galerii szeptów. Wspomniany układ wykorzystuje światło laserowe, które wpadając w rezonator o kształcie pierścienia tworzy fotony światła widzialnego i podczerwonego. Upowszechnienie się tej technologii pozwoliłoby przyspieszyć stworzenie tanich, wysoce funkcjonalnych systemów komunikacji kwantowej.

Technologia kwantowa oznacza także przełom w kryptografii. Kwantowe generatory liczb losowych mogą posłużyć do stworzenia systemów szyfrowania, które byłyby niemożliwe do złamania. Usprawniłyby funkcjonowanie banków oraz urządzeń komunikujących się w ramach internetu rzeczy. Nad takim generatorem pracuje firma Quside, która ma patent na metodę generowania gigabitowej losowej liczby w ciągu jednej sekundy przy wykorzystaniu technologii kwantowej. Kolejnym krokiem firmy będzie miniaturyzacja układu optycznego, aby przystosować go do masowej produkcji i umożliwić wykorzystanie go w dowolnym urządzeniu.

– Kwantowe generowanie liczb losowych umożliwia wyciąganie losowych cyfr z procesów kwantowych. Jest to bardzo przydatne w kryptografii i szyfrowaniu, ale również znajduje zastosowanie w kasynach internetowych i symulacjach metodą Monte Carlo – mówi ekspert.

Programy rozwoju technologii kwantowych rozwijane są także przez polskie instytucje. Fundacja na rzecz Nauki Polskiej w ramach programu Międzynarodowych Agend Badawczych powołała do życia Centrum Teorii Technologii Kwantowych przy Uniwersytecie Gdańskim. Zadaniem nowej jednostki będzie badanie rozwiązań z zakresu m.in. komputerów, symulacji, komunikacji kwantowej oraz idei internetu kwantowego.

– Pierwsze rozwiązania kwantowe pojawią się na rynku już wkrótce, w nadchodzących latach. Pewne urządzenia są już w drodze do klientów – twierdzi Carlos Abellan.

Według analityków z firmy ReportsnReports wartość globalnego rynku kwantowych systemów kryptograficznych w 2018 roku wyniosła 101 mln dol. Przewiduje się, że do 2023 roku wzrośnie do 506 mln dol. przy średniorocznym tempie wzrostu na poziomie 38 proc.