Slovenská akadémia vied získala kvantovú pamäť QDrive. Má predĺžiť dosah bezpečných sietí

Fyzikálny ústav Slovenskej akadémie vied získal kvantovú pamäť QDrive, zariadenie potrebné pre budúce kvantové komunikačné siete. Podľa národného centra QUTE.sk ide o kľúčový prvok slovenského projektu skQCI, ktorý je súčasťou európskej iniciatívy EuroQCI. Praktický význam nie je v rýchlejšom internete, ale v ochrane citlivých dát štátu, bánk, nemocníc či kritickej infraštruktúry.

Kvantová pamäť QDrive dorazila do laboratórií Fyzikálneho ústavu Slovenskej akadémie vied ako súčasť projektu skQCI. Národné centrum pre kvantové technológie QUTE.sk uvádza, že zariadenie má slúžiť na výskum a budúce nasadenie kvantových sietí, teda infraštruktúry, ktorá by raz mohla prenášať šifrovacie kľúče fyzikálne odlišným spôsobom než dnešné digitálne siete.

Kvantová komunikácia neznamená bežný internet s vyššou rýchlosťou. Jej podstatou je práca s kvantovými stavmi, napríklad so stavom jednotlivého fotónu, ktorý môže niesť informáciu potrebnú na vytvorenie bezpečného šifrovacieho kľúča. QUTE.sk pri QDrive vysvetľuje, že kvantová pamäť vie takúto informáciu dočasne uložiť a vydať ju na požiadanie.

Práve dočasné uloženie je dôležité preto, že kvantové siete sa nedajú jednoducho rozšíriť rovnakým spôsobom ako dnešné optické siete. Americký Národný inštitút pre štandardy a technológie, známy ako NIST, uvádza, že pri dlhých vzdialenostiach rastie strata signálu exponenciálne a siete preto potrebujú opakovače. Pri kvantovej komunikácii však takéto opakovače nemôžu len zosilniť a skopírovať signál, pretože kvantový stav sa pri meraní mení.

Kvantová pamäť má byť preto jedným z prvkov, ktoré umožnia budúce kvantové opakovače. Tie by mali pomôcť synchronizovať udalosti v sieti a prekonať vzdialenostné limity optických vlákien. Podľa QUTE.sk dosahuje systém QDrive účinnosť uloženia a vyzdvihnutia kvantového stavu fotónu viac ako 90 percent, čo je pri takomto type technológie podstatný parameter.

Slovensko tým nevstupuje do izolovaného vedeckého experimentu, ale do širšieho európskeho programu. Európska komisia a Európska vesmírna agentúra budujú EuroQCI, teda európsku kvantovú komunikačnú infraštruktúru. Podľa Európskej komisie má mať pozemný segment založený na optických vláknach a vesmírny segment založený na satelitoch.

Európska komisia pri EuroQCI priamo uvádza ochranu citlivých dát a kritickej infraštruktúry. Medzi príkladmi menuje vládne inštitúcie, dátové centrá, nemocnice a energetické siete. To je aj dôvod, prečo sa téma netýka len fyzikov, ale aj bánk, úradov, zdravotníctva a prevádzkovateľov infraštruktúry.

Financovanie už má konkrétne rozmery. Výkonná agentúra Európskej únie HaDEA uvádza, že v rámci nástroja CEF Digital je pri EuroQCI financovaných 19 projektov pokrývajúcich 25 členských štátov. Celková investícia dosahuje 193 miliónov eur, z toho granty Európskej únie predstavujú 96 miliónov eur.

Slovenský projekt skQCI sa podľa QUTE.sk realizuje od roku 2023. Slovensko 23. júna 2026 oficiálne uviedlo do prevádzky svoju prvú kvantovú komunikačnú infraštruktúru vybudovanú v rámci tohto projektu. Príchod QDrive tak zapadá do budovania domácich kapacít, ktoré majú Slovensko napojiť na širšiu európsku infraštruktúru.

Pre čitateľa mimo výskumu je dôležitý rozdiel medzi dvoma smermi ochrany dát. Prvým je kvantová komunikácia, ktorá skúša využiť fyzikálne vlastnosti kvantových stavov pri prenose alebo distribúcii kľúčov. Druhým je post-kvantová kryptografia, teda nové matematické algoritmy, ktoré majú odolať aj útokom budúcich kvantových počítačov.

NIST 13. augusta 2024 zverejnil prvé tri finalizované post-kvantové kryptografické štandardy a vyzval správcov systémov, aby s prechodom začali čo najskôr. To ukazuje, že príprava na kvantovú éru sa už neodohráva len v laboratóriách. Týka sa aj informačných systémov, certifikátov, softvéru a dlhodobo uchovávaných dát.

Dôvodom je riziko označované ako „ukradni teraz, dešifruj neskôr“. Útočník môže dnes zachytiť zašifrované dáta, ktoré nevie prečítať, a počkať na výkonnejšie technológie v budúcnosti. Najcitlivejšie sú údaje, ktoré majú hodnotu aj o desať či dvadsať rokov, napríklad zdravotné záznamy, štátne registre, finančné dáta, obchodné tajomstvá alebo diplomatická komunikácia.

Kvantová pamäť však ešte neznamená, že banky alebo úrady budú v najbližších mesiacoch bežne používať kvantový internet. Podľa dostupných informácií ide najmä o výskumnú a infraštruktúrnu fázu, v ktorej sa overujú technológie, parametre a možnosti prepájania uzlov. QUTE.sk pri slovenskej infraštruktúre hovorí o bezpečnej komunikácii budúcnosti, nie o plošnom komerčnom nasadení.

Výskum sa pritom posúva aj mimo Slovenska. Časopis Nature v roku 2024 publikoval experiment, v ktorom vedci demonštrovali previazanosť dvoch uzlov kvantovej pamäte cez telekomunikačné vlákna na 40-kilometrových cievkach a na 35-kilometrovej mestskej trase. Autori experiment označili za krok smerom k praktickým kvantovým opakovačom a veľkým kvantovým sieťam.

NIST pri kvantových pamätiach uvádza aj praktické limity. Pri niektorých iónových kvantových pamätiach možno dosiahnuť životnosť dlhšiu než 30 minút, no pri reálnej distribúcii previazanosti cez telekomunikačné fotóny zostáva výzvou napríklad vzdialenosť približne 30 kilometrov medzi opakovacími stanicami. Pre budúce siete preto nebude stačiť jedno zariadenie, ale celý reťazec spoľahlivých a navzájom kompatibilných prvkov.

Pre Slovensko je podstatné, že si buduje domácu expertízu v oblasti, ktorú Európska únia považuje za súčasť budúcej digitálnej bezpečnosti. Ak sa kvantová infraštruktúra dostane z pilotných projektov do praxe, najskôr ju pravdepodobne využijú štátne inštitúcie, výskumné pracoviská, prevádzkovatelia kritickej infraštruktúry a subjekty s vysokou hodnotou dát. Pri bankách či zdravotníckych systémoch bude rozhodujúce, či sa kvantová distribúcia kľúčov dokáže spojiť s existujúcimi bezpečnostnými pravidlami a post-kvantovou kryptografiou.

Otvorené zostáva, ktoré slovenské uzly budú fyzicky prepojené v ďalších etapách, kedy príde cezhraničné napojenie do EuroQCI a či vzniknú pilotné projekty aj pre konkrétne úrady, nemocnice alebo finančné inštitúcie.