Na cestě k bezpečnému kvantovému internetu byl učiněn významný krok. Mezinárodní tým výzkumníků z německých a čínských univerzit poprvé demonstruje distribuci kvantových klíčů (QKD) na vzdálenost přesahující 120 kilometrů pomocí polovodičových kvantových teček. Výsledky byly publikovány v prestižním časopise Light: Science & Applications jako hlavní článek s obálkou.

Co je distribuce kvantových klíčů (QKD)?

Kvantová distribuce klíčů (Quantum Key Distribution) je považována za nejpokročilejší formu kvantové kryptografie. Na rozdíl od klasického šifrování, které se spoléhá na matematickou složitost, QKD využívá samotné zákony kvantové fyziky k zaručení bezpečnosti. Jakýkoli pokus o odposlech přenášených kvantových stavů nevyhnutelně zanechá stopu, kterou lze detekovat.

Polovodičové kvantové tečky jako zdroj fotonů

Klíčovým prvkem experimentu jsou polovodičové kvantové tečky (Semiconductor Quantum Dots) – miniaturní pevnolátkové zdroje světla schopné generovat vysoce kvalitní jednotlivé fotony na vyžádání. Tyto nanostruktury pracovaly v telekomunikačním C-pásmu (vlnové délky kolem 1550 nm), což je standard pro optické sítě, a produkovaly fotony s frekvencí přibližně 76 MHz.

Výzkumníci zvýraznili význam tohoto přístupu: „Telecom-band kvantové tečky s Purcellovým zesílením mohou poskytovat vysoce jasné fotony vhodné pro městskou optickou komunikaci, což z nich činí slibné kandidáty pro integraci do praktických QKD systémů."

Time-bin kódování: Odolnost vůči rušení

Tým použil techniku zvanou time-bin kódování, která ukládá informaci do časových pozic fotonů – tedy do okamžiku jejich příchodu. Tato metoda je přirozeně odolná vůči výkyvům teploty, vibracím a dalším vlivům prostředí, které běžně narušují optická vlákna.

„Většina stávajících QKD systémů založených na kvantových tečkách je zranitelná vůči změnám v praktickém kvantovém kanálu způsobeným environmentálními faktory, jako je turbulence, teplota a vibrace. Naproti tomu time-bin kódování nabízí vnitřní stabilitu vůči těmto výkyvům i bez složitých kompenzačních protokolů," vysvětlili autoři studie.

Experiment: 120 km a 6 hodin nepřetržitého provozu

V experimentu vygeneroval tým tři oddělené time-bin qubitové stavy – deterministicky i náhodně – pomocí samo-stabilizujícího time-bin kodéru. Na přijímací straně byly fotony dekódovány aktivně stabilizovaným interferometrem se snímačem fáze, což umožnilo provoz bez nutnosti ručního nastavení.

Systém úspěšně přenesl kvantové signály přes 120 kilometrů standardního optického vlákna a udržel průměrnou kvantovou chybovost qubitů pod 11 %. Za praktických podmínek dosáhl bezpečného přenosového klíče rychlostí přibližně 15 bitů za sekundu – dostatečnost pro reálné šifrované textové komunikace.

Systém běžel nepřetržitě více než 6 hodin, což dokazuje jeho robustnost a připravenost pro terénní nasazení.

Proč je to důležité?

Tento průlom má zásadní význam pro několik oblastí:

  • Praktický kvantový internet: Demonstruje, že QKD systémy mohou fungovat na meziměstských vzdálenostech s dostatečnou stabilitou pro reálné nasazení.
  • Škálovatelnost: Polovodičové kvantové tečky jsou kompatibilní se stávajícími výrobními technologiemi, což otevírá cestu k masové produkci.
  • Kvantové opakovače: Stejné technologie by mohly v budoucnu napomoci vývoji kvantových opakovačů nezbytných pro rozsáhlé kvantové sítě.

Autoři a publikace

Studie s názvem „Time-bin encoded quantum key distribution over 120 km with a telecom quantum dot source" byla publikována v časopisu Light: Science & Applications (2026, svazek 15, číslo 1). Hlavními autory jsou Jipeng Wang, Joscha Hanel, Zenghui Jiang a kolektiv z německých a čínských institucí. Vedoucím výzkumu je Fei Ding.

Co nás čeká?

Tento experiment představuje důležitý krok na cestě k praktickým, škálovatelným kvantovým komunikačním systémům. Další výzvy zahrnují integraci kvantových teček do kompaktních čipových zařízení, zvyšování přenosové rychlosti a prodlužování dosahu pomocí kvantových opakovačů. Den, kdy bude kvantový internet realitou, se pomalu ale jistě blíží.

Zdroje:

  • Wang, J. et al. „Time-bin encoded quantum key distribution over 120 km with a telecom quantum dot source." Light: Science & Applications 15, 1 (2026). DOI: 10.1038/s41377-026-02205-9
  • ScienceDaily: „Scientists just sent unhackable quantum keys across 120 kilometers." Květen 2026.