Hrvatski znanstvenici dio su tima koji je otkrio kvantni internet

3. rujna 2020.

Apstraktni prikaz kvantne mreže Credit - Anta Bučević / Foto: IRB

Kvantni fizičari s Instituta Ruđer Bošković dio su međunarodnog tima znanstvenika koji su otkrili i eksperimentalno realizirali kvantnu komunikacijsku mrežu s više korisnika, koju je nemoguće špijunirati. Ovo otkriće veliki je korak prema potpuno sigurnoj i zaštićenoj mrežnoj komunikaciji. Rezultati ovoga značajnog znanstvenog otkrića objavljeni su u prestižnom znanstvenom časopisu Science Advances.

Koncept kvantne komunikacijske mreže koju su ostvarili na primjeru mreže s osam korisnika, a može se jednostavno proširiti na veći broj korisnika, kompatibilan je s velikim brojem postojećih i budućih kvantnih protokola koji će omogućiti široku paletu komunikacijskih servisa. To se ostvaruje tako što pružatelj usluge omogućuje svim korisnicima dijeljenje kvantne prepletenosti putem mreže.

Kvantna prepletenost, koju je Einstein nazvao 'sablasnim djelovanjem na daljinu', znači da se dvije razdvojene čestice, bez obzira na svoju udaljenost u svemiru, ponašaju kao da su međusobno povezane. Ovaj kontraintuitivni fenomen čini osnovu za dramatična poboljšanja, ne samo u sigurnoj komunikaciji, nego i u računalima, senzorima, pri obradi informacija i u mnogim drugim tehnologijama.

Najistaknutiji aspekt ove nove mreže njena je proširivost na veći broj korisnika bez ozbiljnog povećanja potrebnih resursa i cijene.

Naime, dosadašnji pristupi za N korisnika zahtijevali su približno N puta N mrežnih uređaja i drugih resursa (svjetlosnih odašiljača i prijamnika, svjetlovodnih vlakana, frekvencijskih kanala itd.). No, mrežna arhitektura koju je osmislio i izgradio ovaj međunarodni tim omogućuje pružanje potpune kvantne sigurnosti na način da količina potrebnih resursa raste samo približno proporcionalno broju korisnika.

Štoviše, broj predajnika uopće ne raste te je dovoljan samo jedan jedini predajnik za cijelu mrežu, bez obzira na to je li riječ o osam ili, primjerice, stotinu korisnika.

Uz hrvatske znanstvenike, međunarodni tim istraživača činili su znanstvenici s britanskog sveučilišta u Bristolu te s Instituta Austrijske akademije znanosti.

"Hrvatski dio tima dao je svoj doprinos istraživanju osmišljavanjem, dizajniranjem i izradom optičkih prijamnika – korisničkog dijela komunikacijske opreme u kvantnoj mreži", objašnjava Martin Lončarić, jedan od autora na radu i znanstveni suradnik u Laboratoriju za fotoniku i kvantnu optiku Zavoda za eksperimentalnu fiziku na IRB-a.

Martin Loncaric i dio znanstvenog tima QNET (002).jpg Martin Loncaric i dio znanstvenog tima QNET/Foto:IRB

Uz njega, hrvatski tim znanstvenika čine Mario Stipčević, voditelj Znanstvenog centra izvrsnosti za napredne materijale i senzore na IRB-u te Laboratorija za fotoniku i kvantnu optiku i Željko Samec, član CEMS-a i tehničar Radionice Zavoda za fizičku kemiju IRB-a. Ključne instrumente i uređaje za provedbu eksperimenta izradili su upravo djelatnici Radionice ZFK-a.

Pomicanje granica u sigurnoj komunikaciji

U današnje vrijeme kada su informacije najdragocjenija roba, međusobna sigurna komunikacija od ključnog je značaja. Najbolja postojeća klasična rješenja zaštite pri prijenosu informacija čine presretanje i dekodiranje informacija teškim, ali ne i nemogućim. To znači da klasično zaštićena komunikacija ne omogućuje potpuno sigurno komuniciranje jer se za svaku vrstu klasične komunikacije može pronaći način na koji treće osobe mogu otkriti informacije.

Za razliku od klasične, kvantna komunikacija koristi zakone kvantne fizike kako bi zajamčila potpunu i dugoročnu sigurnost razmjene informacija. Razlog tome što kvantna komunikacija još nije masovno zaživjela i što danas još uvijek nemamo kvantnu tehnologiju u svojim domovima jest taj što je bilo nevjerojatno komplicirano izgraditi veliku i lako proširivu kvantno zaštićenu komunikacijsku mrežu. Zbog toga su postojeće kvantne mreže, poput one koja povezuje Peking i Šangaj, ograničene u broju korisnika i vrlo skupe.

Izvor prepletenih fotona srce je kvantne mreže CREDIT - Klaus Pichler Izvor prepletenih fotona srce je kvantne mreže CREDIT - Klaus Pichler / Foto:IRB 

Ovaj je međunarodni tim znanstvenika kombinacijom kvantne prepletenosti (spregnutosti) fotona i standardnih telekomunikacijskih tehnika uspio stvoriti kvantnu mrežu osam korisnika koja se proteže gradom Bristolom putem svjetlosnih vodiča, jednakih onima koji se koriste i za "obični" internet.

Iako su principi kvantne komunikacije vrlo dobro poznati, problemi u vezi s umrežavanjem više korisnika te stabilnost veze tijekom dužeg razdoblja predmet su brojnih znanstvenih i tehnoloških istraživanja.

Ovom timu znanstvenika, na čelu sa Siddarthom K. Joshiem sa Sveučilišta u Bristolu, prvima je pošlo za rukom pronaći rješenje problema otkrićem kvantne mreže u koju je jednostavno uključiti veći broj korisnika.

 

 

P.hr/I.G.