Zdroje: The Quantum Insider, Quantum Source Labs, ISO/IEC 18033-2

Quantum Source dokázal nemyslitelné: provázané fotony přežily kilometr optického vlákna bez jediné ztráty věrnosti

Kvantová komunikace slibuje absolutně bezpečný přenos informací — ale v praxi naráží na tvrdohlavý inženýrský problém. Optická vlákna, kterými se provázané fotony musí pohybovat, nejsou ideální trubice. Její teplota se mění, vlákno se ohýbá, vibruje, stárne. Každá z těchto vlivů náhodně rotuje polarizaci fotonů — a protože je kvantová provázanost extrémně křehký jev, i nepatrná rotace stačí k jejímu zničení. Dosavadní kvantové sítě proto potřebovaly složité systémy aktivní stabilizace: laserové referenční zdroje, elektro-optické modulátory, feedback smyčky běžící v reálném čase. Všechno to je drahé, složité a nespolehlivé.

16. července 2026 oznámil izraelský startup Quantum Source Labs ve spolupráci s izraelským ředitelstvím pro výzkum a vývoj obrany (DDR&D) výsledek, který tento problém řeší zcela jiným úhlem. Jejich tým dokázal vygenerovat páry provázaných fotonů v tzv. singletovém Bell stavu — jediném ze čtyř maximálně provázaných stavů, který je přirozeně imunní vůči identickým polarizačním rotacím obou fotonů. Když tyto fotony vstoupí do kilometrového úseku nestabilizovaného optického vlákna, environmentální fluktuace rotují polarizaci obou fotonů stejně — a singletová symetrie zůstává nedotčena. Výsledek? Po průchodu více než jedním kilometrem vlákna, bez jakéhokoliv aktivního kompenzačního systému, měřil tým nulovou měřitelnou degradaci kvantové provázanosti.

Proč je singletový stav tak zvláštní

Čtyři Bellovy stavy popisují maximálně provázané páry qubitů. Tři z nich — tzv. triplety — mají korelace, které závisí na volbě měřicí báze. Změníte-li úhel, pod kterým polarizaci měříte, změní se i korelace. To znamená, že jakákoliv neznámá rotace polarizace — přesně to, co dělá optické vlákno — výsledek měření nenávratně naruší.

Singletový stav je ale jiný. Je definován vlastností, která ho činí jedinečným: jeho korelace jsou invariantní vůči identickým rotacím báze obou qubitů. Nezáleží na tom, pod jakým úhlem polarizaci měříte — anti-korelace (skutečnost, že pokud jeden foton projeví vertikální polarizaci, druhý projeví horizontální) zůstává vždy stejná. A protože optické vlákno rotuje polarizaci obou fotonů přibližně stejně (putují-li stejnou cestou), singletová provázanost proletí vláknem neporušená.

„Záměrně jsme nezavedli žádnou kompenzaci pro libovolné a dynamické podmínky ve vlákně — žádnou stabilizaci polarizace, žádnou korekci disperze, žádnou aktivní zpětnou vazbu jakéhokoliv druhu," řekl Prof. Barak Dayan, hlavní vědec Quantum Source. „Provázanost vyšla z druhého konce vlákna v podstatě se stejnou kvalitou, jako když do něj vstoupila. Tato pozoruhodná robustnost je přímým důsledkem symetrie singletového stavu."

Deterministický zdroj: jeden atom, dva fotony, žádná náhoda

Druhou inovací, kterou Quantum Source přináší, je způsob, jakým fotony generuje. Většina dnešních zdrojů provázaných fotonů spoléhá na spontánní parametrickou down-konverzi (SPDC) — proces, při kterém laserový paprsek prochází nelineárním krystalem a náhodně se rozpadá na páry fotonů. Problém je v tom, že tento proces je ze své podstaty pravděpodobnostní. Zvyšujete-li intenzitu, abyste získali více párů, roste i pravděpodobnost generování více než jednoho páru najednou — a tyto multi-párové události zavádějí chyby, které ničí věrnost provázanosti.

Platforma Quantum Source funguje fundamentalně odlišně. Používá jeden rubidiový atom silně vázaný na mikroskopickou optickou dutinu, která dramaticky zvyšuje interakci mezi atomem a jednotlivými fotony. Když atom přijme spouštěcí pulz, vyzaří dva fotony v rychlém sledu — v rámci desítek nanosekund — které jsou od okamžiku svého vzniku provázané. Každá emise je iniciována na vyžádání, což znamená, že systém poskytuje spolehlivý zdroj vysoce věrných provázaných fotonů vhodný pro škálovatelné kvantové technologie.

„U pravděpodobnostních zdrojů, jako je parametrická down-konverze, existuje fundamentální trade-off mezi jasností a věrností," vysvětlil Dayan. „Jak roste pravděpodobnost generování fotonového páru, roste i pravděpodobnost náhodných multi-párových událostí, které zavádějí chyby. Jakmile aplikace vyžaduje provázané páry s vysokou pravděpodobností i vysokou věrností — ať už ve fotonickém kvantovém počítači nebo mezi uzly kvantové sítě — deterministický zdroj se stává nezbytností."

Co to znamená pro kvantové sítě

Kvantové sítě jsou základní infrastrukturou budoucího kvantového internetu. Potřebujeme je pro kvantovou distribuci klíčů (QKD), která umožňuje odposlechodolnou komunikaci. Potřebujeme je pro distribuované kvantové výpočty, kdy se výkon několika menších kvantových počítačů spojuje přes síť. A potřebujeme je pro kvantové senzorové sítě, které mohou měřit fyzikální veličiny s přesností překračující klasické limity.

Všechny tyto aplikace ale narážejí na stejnou překážku: jak spolehlivě distribuovat provázanost přes existující optickou infrastrukturu. Dnešní telekomunikační sítě obsahují miliony kilometrů optických vláken. Pokud kvantová komunikace vyžaduje speciální vlákna s aktivní stabilizací polarizace, její nasazení bude omezené na hrstku laboratoří a pilotních projektů s neúměrnými náklady.

Výsledek Quantum Source to mění. Pokud jsou provázané fotony v singletovém stavu přirozeně odolné vůči fluktuacím vlákna, lze použít běžná telekomunikační vlákna bez jakéhokoliv dodatečného vybavení. To by mohlo radikálně snížit náklady na nasazení metropolitních kvantových sítí, zjednodušit architekturu kvantových opakovačů a urychlit přechod z laboratorních ukázek k provozním systémům.

Izraelský kvantový ekosystém v pohybu

Demonstrace také podtrhuje rostoucí vyspělost izraelského kvantového ekosystému. Spolupráce mezi Quantum Source, akademickou sférou a DDR&D ukazuje model, ve kterém vládní obranný výzkum, univerzitní věda a soukromý startup pracují na společném cíli: překladu špičkového kvantového výzkumu do nasaditelných technologií.

Izrael investuje do kvantových technologií systematicky již od roku 2018, kdy DDR&D spustila národní kvantový program s rozpočtem přesahujícím 360 milionů dolarů. Quantum Source, založený profesorem Barakem Dayanem z Weizmannova institutu věd, je jedním z nejpozoruhodnějších spin-offů tohoto programu — a touto demonstrací ukazuje, že investice se rozplácí v podobě konkrétních technologických průlomů, které mají globální dosah.

Cesta dopředu

Singletový stav sice řeší problém polarizační stability, ale neřeší vše. Exponenciální útlum signálu ve vlákně zůstává — po zhruba 100–200 kilometrech se fotony ztratí a je zapotřebí kvantový opakovač. Disperze — různé rychlosti šíření různých vlnových délek — také zůstává nevyřešena. Ale to, co Quantum Source dokázal, je odstranění jedné z nejotravnějších inženýrských překážek: nutnosti neustále stabilizovat polarizaci.

Kombinace deterministické generace provázaných párů a přirozené odolnosti singletového stavu adresuje dva z nejvážnějších technických problémů, kterým čelí kvantová komunikace. Pokud se tento přístup osvědčí v širším nasazení — a Quantum Source jasně míří k komercializaci — mohli bychom se dočkat metropolitních kvantových sítí, které se nasazují na existující vlákna, bez armády inženýrů udržujících stabilizační systémy.

To je rozdíl mezi kvantovou komunikací jako laboratorní kuriozitou a kvantovou komunikací jako telekomunikační infrastrukturou. A právě tento posun je ten, na který celý industriální čeká.