Fot. Adobe Stock
Postęp w obszarze kwantowych metod telekomunikacji oraz kwantowego klucza kryptograficznego stanowi fundament obecnego cyberbezpieczeństwa – zauważyli specjaliści z Wojskowej Akademii Technicznej (WAT), komentując wtorkowe wyróżnienie Nagrodą Nobla w dziedzinie fizyki za odkrycia dotyczące mechaniki kwantowej.
Tegoroczna nagroda Nobla w dziedzinie fizyki została przyznana Johnowi Clarke’owi, Michelowi H. Devoretowi oraz Johnowi M. Martinisowi – za odkrycie makroskopowego tunelowania kwantowo-mechanicznego, jak również kwantyzacji energii w obwodzie elektrycznym. Stanowią one nowatorskie badania, które po raz pierwszy pokazały możliwość obserwacji efektów kwantowych w układach makroskopowych – na tyle obszernych, by można było je dosłownie wziąć do ręki. Rezultaty ich działań stały się podwaliną rozwoju komputerów kwantowych, kryptografii kwantowej oraz sensorów kwantowych o niezwykle wysokiej czułości.
– Dokonania tegorocznych laureatów dowodzą, że badania nad kontrolą i wykorzystaniem zjawisk kwantowych reprezentują jeden z newralgicznych kierunków dzisiejszej nauki – zarówno w aspekcie poznawczym, jak i technologicznym. WAT aktywnie uczestniczy w tym postępie, łącząc fizykę kwantową z inżynierią i bezpieczeństwem informacyjnym, czyli dziedzinami o priorytetowym znaczeniu dla kraju – powiedział PAP płk dr hab. inż. Marek Życzkowski, prof. WAT z Instytutu Optoelektroniki.
Jak wspomniał, w Wojskowej Akademii Technicznej są realizowane badania ściśle powiązane z tym trendem współczesnej fizyki. Zespół Zakładu Inżynierii Kwantowej Instytutu Optoelektroniki rozwija technologie z zakresu kryptografii kwantowej oraz komputera kwantowego w oparciu o pułapkę jonową, a także analizuje opcje ich zastosowania w systemach komunikacji i zabezpieczeń o znaczeniu strategicznym.
Prof. dr hab. inż. Andrzej Walczak z Wydziału Cybernetyki WAT objaśnił, że prace Johna Clarke’a, Johna M. Martinisa i Michela H. Devoreta odegrały zasadniczą rolę w rozwoju technologii nadprzewodzących obwodów kwantowych, które stanowią podstawę do tworzenia i kontrolowania stanów splątanych w komputerach kwantowych. Ich najważniejsze osiągnięcia to makroskopowe tunelowanie kwantowe, złącza Josephsona i nadprzewodzące kubity oraz sterowanie poziomami energetycznymi.
– Laureaci Nagrody Nobla udowodnili, że zjawiska charakterystyczne dla mechaniki kwantowej – takie jak tunelowanie – mogą pojawiać się w układach makroskopowych, na przykład w obwodach elektrycznych zbudowanych z nadprzewodników. To umożliwiło tworzenie kubitów w skali przystosowanej do praktycznego użycia – wytłumaczył prof. Walczak.
Eksperymenty korzystały z tzw. złącz Josephsona – struktur, które pozwalają na kontrolowane przepływy prądu bez oporu elektrycznego. W takich złączach możliwe jest kreowanie stanów kwantowych materii, zwanych kubitami, które mogą występować w superpozycji i mogą być splątane z innymi kubitami.
– Noblistom udało się dowieść kwantyzację energii w obwodach elektrycznych, co umożliwia precyzyjne zarządzanie stanami kubitów – wymóg konieczny do generowania splątania. Jest to znaczący krok w kierunku budowy komputerów kwantowych – zaznaczył prof. Walczak.
Ekspert z Wydziału Cybernetyki WAT zaakcentował, że stany splątane są również ważnym elementem konstruowania kwantowego klucza szyfrującego w protokole opracowanym przez naszego rodaka – profesora Artura Ekerta. Od jego nazwiska ten rodzaj kodowania został nazwany E92. Reguły tworzenia tego klucza zostały opisane w Physical Review Letters (https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.69.1293).
– Rozwijanie technik telekomunikacji kwantowej i kwantowego klucza szyfrującego to podstawa współczesnego rozwoju cyberbezpieczeństwa. Metody tworzenia takiego klucza opierają się również na innych zjawiskach kwantowych. Niektóre z nich wykorzystano w projekcie OptoKrypt z głównym udziałem ekspertów z WAT. Prace badawcze WAT aktualnie nie korzystają ze stanów splątanych, lecz zmierzamy w tym kierunku – podsumował prof. Andrzej Walczak.
Specjaliści podkreślili, że równolegle intensywne badania w dziedzinie technologii kwantowych prowadzą również inne placówki naukowe w Polsce, m.in. Uniwersytet Warszawski, Uniwersytet Jagielloński, Politechnika Warszawska i Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu. Te ośrodki realizują prace dotyczące komunikacji kwantowej, pamięci kwantowych, nadprzewodzących kubitów oraz fundamentalnych testów mechaniki kwantowej.
Nauka w Polsce, Karolina Duszczyk (PAP)
kol/ bar/
