A Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem (BME) Villamosmérnöki és Informatikai Karának és a Wigner Fizikai Kutatóközpontnak részvételével zajlott le az újabb rekordkísérlet, amelynek során két, egymástól húsz kilométer távolságban lévő helyszín között küldték át a fotonokat egy leendő kvantumkulcs-szétosztó rendszer működőképességének demonstrálására. Az egyik helyszín a BME I-es épülete volt Lágymányoson, a másik a Wigner Fizikai Kutatóközpont épülete - a kiindulópont és a cél közötti 20,813 kilométeres távot a részecskék a Magyar Telekom által biztosított optikai szálas rendszeren tették meg villámsebességgel, a másodperc törtrésze alatt.

A mostani teljesítmény, amivel magyar viszonylatban rekordot döntöttek a kutatók, kevesebb, mint egy hónappal az előző rekord beállítása után született, mivel április 29-én szintén a BME I-es épülete és a Telekom kelenföldi központja között közvetítettek fotoncsomagokat a kvantum kulcsmegosztási technológia próbája alatt, de akkor még jóval kisebb távon, 2 kilométer hosszú úton utaztak az információt hordozó egységek. A módszer nem változott a mostani kísérlet során: az optikai szálon lézersugárral küldték át a 60-80 fotonból álló csomagokat, amelyeket beérkezésük után egy, a BME-n fejlesztett detektorral, egy úgynevezett homodin detektorral mértek meg. Az adatközvetítő részecskék kvantuminformációinak kiolvasásával lehetővé vált egy kriptográfiai célokra alkalmas kulcssorozat generálása, amellyel nemcsak szövegeket, hanem képeket is titkosítani lehet.

"A kvantum alapú kulcscsere nagy előnye, hogy kvantumkommunikációt használva két fél között osztunk meg egy olyan titkos bitsorozatot, amelyet utána hagyományos, úgynevezett szimmetrikus kulcsú titkosító algoritmusokban használunk."

- magyarázzák a módszer működését az egyetem beszámolójában.

A folytonos változójú kvantumkulcsszétosztás (CVQKD, Continuous Variable Quantum Key Distribution), amelyen a technológia alapul, több előnnyel is rendelkezik az új generációs titkosítási megoldások versenyében: egyrészt megvalósítható optikai szálakon, vagyis a már létező és használatában lévő rendszereken lehet futtatni, így működőképes a klasszikus kommunikációs hálózatokon is, másrészt rendkívül biztonságos információközvetítést tesz lehetővé, ami megvédi a kommunikáló partnereket (akiket a kvantumrendszerek leírása során alkalmazott névvel Alice-nek és Bobnak szoktak nevezni) egy harmadik fél (Eve) potenciális hallgatózásától. Ez jellemző más kvantum alapú titkosításokra is, a kvantumbitek állapotának lemásolását ugyanis ellehetetleníti a kvantumállapot érzékenysége - egy lehallgatási kísérlet megváltoztatja ezt az állapotot, ezért azonnal észreveszik az adatokat megosztó résztvevők.

A CVQKD technológia teljesítménye ugyan eleinte elmaradt a DVQKD (Discrete Variable Quantum Key Distribution) módszertől, de bizonyos vizsgálatok szerint az előbbi megoldás stabilabb, a zajokra kevésbé érzékeny módon működik. A CVQKD előnyeit a DVQKD-nal szemben Gyöngyösi László, a BME kutatója és Imre Sándor, az egyetem Hálózati Rendszerek és Szolgáltatások Tanszékének tanszékvezetője is részletezték 2019-ben megjelent tanulmányukban, bár ők nem az optikai szálakon megvalósított, hanem a vezeték nélküli, szabadtéri, free-space optical verzió hatékonyságát elemezték.

A kvantum kulcsmegosztási technológia tesztelése a módszer működésének felmérése mellett az alapját jelenti egy jövőbeli városi kvantumkommunikációs hálózatnak, amelyet Budapesten terveznek kiépíteni a Kvantuminformatika Nemzeti Laboratórium keretein belül összefogásban dolgozó intézmények.

"A Kvantuminformatikai Nemzeti Laboratórium egyik stratégiai célja a magyar kvantumhálózat gerincének kialakítása, mely határokon átívelően kapcsolódik a regionális rendszerekhez"

- mondta el Dr. Imre Sándor - "A kvantumfizika elvét felhasználó informatikai hálózatoknak köszönhetően ugyanis biztonságos kommunikációt tudunk folytatni."

Dr. Bacsárdi László, a BME Mobil Kommunikáció és Kvantumtechnológiák Laboratórium vezetője hozzátette, hogy a Nemzeti Laboratórium projektjei során számos más cél elérésén is dolgoznak, ezek között található például a kvantum alapú véletlenszám-generátort készítése vagy az előbb említett szabadtéri kvantumkulcscsere-rendszert fejlesztése.

(Fotó: Pixabay/tommyvideo, Getty Images/Maciej Frolow)

A lemásolhatatlan foton a titkosítás alapja a jövő kvantumkulcscsere-hálózatában Kelenföldről indultak két kilométeres útjukra a fotonok a jövő kvantumhálózatának tesztje során.