Prvá plne prepojená QKD sieť nainštalovaná v priestoroch CVKI vďaka Quantum Optics Jena
Významný technický míľnik projektu skQCI – výskumníci z Centra pre výskum kvantovej informácie (Research Center for Quantum Information – RCQI) na Fyzikálnom ústave SAV, v.v.i. úspešne dokončili inštaláciu a testovanie plne prepojenej siete na kvantovú distribúciu kľúčov (Quantum Key Distribution – QKD). Systém, vyvinutý v úzkej spolupráci so spoločnosťou Quantum Optics Jena GmbH, demonštruje technickú vyspelosť sietí založených na kvantovom previazaní (quantum entanglement) a posúva Slovensko bližšie k budovaniu národnej kvantovej komunikačnej infraštruktúry (QCI).
Systém bol nainštalovaný a otestovaný 10. marca 2025 tímom CVKI pracujúcom na projekte skQCI v zložení – Saeid Salari, Younes Benamara a Peter Rapčan pod vedením Djeylana Aktasa – v spolupráci s Oliverom de Vriesom a Kevinom Füchselom z Quantum Optics Jena. Tento medzinárodný tím pracoval s niekoľkými vrstvami hardvéru a softvéru, aby demonštroval kľúčové schopnosti bezpečného kvantového sieťovania.
Dva moduly, jedna vízia siete
Inštalovaný systém sa skladá z dvoch hlavných modulov: modulu riadenia polarizácie (POLarization COntroller module – PolCo) a modulu analýzy polarizácie (Polarization Analysis Module – PAM). PolCo modul je pripojený na tri zo šiestich frekvenčných kanálov, ktoré umožňujú komunikáciu všetkým štyrom používateľom v sieti. Tento modul v reálnom čase rotuje polarizačné stavy tak, aby korigoval drift polarizácie každej vlnovej dĺžky spôsobený šírením v nasadených vláknach. PAM modul analyzuje polarizačné stavy jednotlivých detegovaných fotónov a kontroluje korelácie, ktoré budú využité na generovanie kryptografických kľúčov. Oba moduly sú integrované v pre 19-palcový rack spolu s dedikovaným serverom, ktorý v reálnom čase prepočítava bezpečnostné parametre, počet jednotlivých detekčných udalostí a dôveryhodnosť previazaného stavu. Server tiež vytvára zásobu kľúčov pre systém správy kľúčov (KMS), ktorý je pripojený pomocou rozhrania používajúceho štandard ETSI014, čím umožňuje vytvárať 6 kvantovo-bezpečných úložísk kľúčov medzi všetkými možnými kombináciami používateľov v sieti.
Toto nastavenie je prvou praktickou ukážkou toho, ako generovať bezpečné kľúče medzi štyrmi uzlami v QKD systémoch založených na kvantovom previazaní, čím dochádza k vytvoreniu plne prepojenej sieti a súčasnému vytváraniu šiestich úložísk kľúčov. Zároveň ide o demonštráciu pokročilej synchronizácie a automatickej kompenzácie polarizácie v prostredí s demultiplexovanými kanálmi – čo predstavuje kľúčovú technologickú výzvu pre reálne QKD aplikácie.
Zabudovaná obrana: Detekcia odpočúvania vďaka QKD
Jednou z najsilnejších vlastností QKD je schopnosť detekovať pokusy o odpočúvanie, ktorá bola experimentálne overená. Počas testovania tím CVKI úmyselne manipuloval s optickým vláknom a simuloval tak pokus o odpočúvanie. Systém okamžite reagoval – zaznamenal anomáliu prostredníctvom nárastu miery chybovosti kvantových bitov (QBER), zastavil generovanie kľúčov a čakal, kým chybovosť neklesne späť pod bezpečný prah.
Táto demonštrácia presvedčivo potvrdila fyzikálnu bezpečnosť QKD systémov, pretože akýkoľvek zásah do prenosového kanála je nevyhnutne odhalený.
“Táto inštalácia nie je len technologickým míľnikom pre projekt skQCI, ale aj pre pozíciu Slovenska na európskej kvantovej scéne. Úspešná spolupráca s našimi partnermi z Quantum Optics Jena dokazuje, čo všetko je možné dosiahnuť, keď sa v laboratóriu stretnú odborné znalosti a inovácia.”
Dr. Djeylan Aktas, vedúci projektu
Úspešné nasadenie plne prepojenej testovacej QKD siete založenej na na kvantovom previazaní nie je len dôkazom konceptu — je to prvý krok k vybudovaniu nosnej časti národnej kvantovej siete, ktorá v budúcnosti prepojí naše mestá, inštitúcie a kritickú infraštruktúru s vysokou mierou IT bezpečnosti.
