Kvantový internet není rychlejší Wi-Fi
Když se řekne internet budoucnosti, člověk si snadno představí hlavně vyšší rychlost. Filmy stažené během okamžiku, nulové zpoždění nebo signál dostupný všude. Kvantový internet má ale řešit úplně jiný problém.
Nemá nahradit dnešní web, streamování ani běžnou domácí Wi-Fi. Jeho úkolem má být propojit zařízení, která pracují s kvantovými stavy, a umožnit nové typy komunikace, distribuovaných výpočtů nebo velmi přesného měření.
Důležitá je především bezpečnostní stránka. Některé kvantové komunikační protokoly využívají faktu, že měření kvantového stavu jej může změnit. Pokus o odposlech tak nemusí zůstat neviditelný. Není to „internet, který nejde hacknout“. Tak jednoduché to není. Přináší ale vlastnosti, které běžná komunikace nemá. A právě proto je tak obtížné ho postavit.
Kvantovou informaci nelze prostě zkopírovat a poslat dál
Klasický internet má jednu obrovskou výhodu. Když signál během dlouhé cesty zeslábne, zařízení ho může přečíst, obnovit, vytvořit novou kopii a pokračovat dál. U kvantové informace tento trik nefunguje stejně.
Takzvaný no-cloning theorem zakazuje dokonale kopírovat neznámý kvantový stav. Když jej změříme, můžeme jej zároveň změnit. Neznámý qubit proto nelze jednoduše přečíst, naklonovat a znovu vyslat stejně jako klasická data. To komplikuje všechno od zesilování signálu až po stavbu dlouhých tras.
Ve vlákně navíc světlo postupně slábne. Čím delší cesta, tím větší pravděpodobnost, že foton zmizí dřív, než dorazí do cíle. Budoucí kvantový internet proto pravděpodobně nebude stát jen na jednom druhu infrastruktury.
MOHLO BY SE VÁM TAKÉ LÍBIT
Kabel je skvělý. Jenže k satelitu ho nepoložíme
Optické vlákno je pro kvantové experimenty ideální. Dokáže světlo přesně vést, chrání ho před okolním prostředím a telekomunikační kabely už dnes propojují města i celé regiony. Jenže globální síť se bez dalšího typu spojení neobejde. Výzkumníci ze Stony Brook University a Brookhaven National Laboratory proto pracují s kombinací dvou světů. Část kvantové sítě vede klasicky optickými vlákny, ale mezi dvěma body může signál kabel opustit a pokračovat otevřeným vzduchem.
Právě takové spojení nyní vytvořili mezi Stony Brook University a Brookhaven National Laboratory ve státě New York. Vzdušnou čarou je dělí přibližně 21 kilometrů. Důležitá ale není samotná vzdálenost. Podstatné je, že bezdrátový úsek byl začleněn do existující kvantové sítě, která má přibližně 259 kilometrů optické infrastruktury.
Kvantový signál opustil vlákno a přeletěl skutečnou atmosférou
Na střeše Stony Brook University stojí zařízení nazývané Quantum Watchtower. V Brookhavenu pak Quantum Lighthouse. Jejich úkolem je převést světlo z optického vlákna do volného prostoru, vyslat ho přes atmosféru a na druhém konci znovu zachytit.
Při denní demonstraci vědci vysílali velmi slabé optické pulzy obsahující jen několik fotonů. Při nočních testech pak stejnou trasou poslali také kvantově provázané fotony. Právě tato část je důležitější než samotné číslo 21 kilometrů.
Provázané fotony totiž přešly z jednoho typu infrastruktury do druhého: z optického vlákna do atmosféry a následně do přijímacího systému na druhé straně. Takto by jednou mohly fungovat i mnohem větší kvantové sítě.
Největší problém není vzdálenost, ale vzduch
Na první pohled vypadá přenos světla vzduchem jednoduše. Stačí vysílač, přijímač a přímá viditelnost. Atmosféra je ale neklidné prostředí. Vzduch má v různých místech jinou teplotu, hustotu a rychlost proudění. Světlo se proto během letu nepatrně vychyluje a deformuje. Stejný jev způsobuje mihotání hvězd.
U astronomického pozorování to zhoršuje obraz. U kvantového přenosu může být problém mnohem vážnější. Pokud systém pracuje s velmi malým množstvím fotonů, každá ztráta bolí. Paprsek se nesmí příliš rozmazat ani uhnout mimo přijímač.
Brookhavenský tým proto využívá adaptivní optiku, která dokáže změny atmosféry průběžně měřit a optickou soustavu jim přizpůsobovat.
MOHLO BY SE VÁM TAKÉ LÍBIT
Slunce dokáže kvantový signál přehlušit
Další problém představuje obyčejné denní světlo. Slunce zaplavuje detektory obrovským množstvím fotonů. Pokud experiment hledá velmi slabý kvantový signál, musí jej od tohoto optického šumu odlišit. Proto vědci během dne demonstrovali přenos velmi slabých pulzů, ale experiment s provázanými fotony provedli v noci.
V noci z 18. na 19. srpna 2026 vytvořili provázané fotony ve Stony Brooku. Část cesty putovaly vláknem, poté byly vyslány otevřenou atmosférou a v Brookhavenu je detektory zachytily. Tím se podařilo ukázat, že kvantový signál může projít přes rozhraní mezi kabelovou a bezdrátovou částí sítě. Právě to je jeden z kroků, které budou potřeba pro větší a praktičtější infrastrukturu.
Proč je to důležité pro satelity
Kvantový internet bude mít problém, pokud zůstane odkázaný pouze na optická vlákna. Na velmi dlouhé vzdálenosti totiž ztráty ve vlákně rostou. Proto se už dlouho počítá s tím, že část budoucí globální sítě může vést přes volný prostor a satelity.
Výhodu takového řešení už ukázal čínský satelit Micius, který v roce 2017 umožnil distribuci provázaných fotonů mezi pozemními stanicemi vzdálenými přibližně 1200 kilometrů. Na první pohled působí zvláštně, že poslat foton do vesmíru může být výhodnější než vést ho kabelem.
Důvod je prostý. Ve vlákně foton celou cestu prochází materiálem a postupně se ztrácí. Při satelitním spojení absolvuje velkou část dráhy téměř vakuem. Budoucí kvantová síť proto může být hybridní: optická vlákna uvnitř měst a regionů, bezdrátové optické úseky mezi některými body a satelity pro velmi dlouhé vzdálenosti. Nový experiment ukazuje právě jednu z cest, jak tyto části propojit.
Internet budoucnosti zatím může zastavit obyčejná mlha
Technologie je stále daleko od běžné infrastruktury. Volný optický spoj potřebuje přímou viditelnost. Mlha může přenos znemožnit, déšť a turbulence ho zhoršují a během dne přidává problémy silné sluneční světlo. To je zásadní rozdíl mezi experimentem a skutečnou sítí.
Internet, který funguje jen za jasné noci, samozřejmě není něco, na čem lze stavět běžné služby. Právě proto jsou podobné testy důležité. Ukazují, kde technologie selhává a co je potřeba vyřešit, aby jednou fungovala mimo laboratorní podmínky.
Další plánovaný krok má vést přes Long Island Sound směrem k Yale University. Budoucí optická trasa má mít přibližně 48 kilometrů a opět kombinovat různé typy kvantové infrastruktury.
Nejde o internet bez kabelů. Jde o internet, který umí mezi světy přecházet
Na Long Islandu nevznikl hotový kvantový internet. Nevznikla ani náhrada Wi-Fi a vědci nepřekonali rekord v délce přenosu kvantových fotonů. Význam experimentu je praktičtější.
Ukázal, že kvantová informace může opustit optické vlákno, projít skutečnou atmosférou a pokračovat v další části sítě. Právě takové přechody budou nutné, pokud má jednou kvantový internet propojit laboratoře, datová centra, kvantové počítače a nakonec i satelity.
Dnešní internet funguje tak samozřejmě právě proto, že jeho data mohou během jediné cesty několikrát změnit způsob přenosu. Kvantový internet se to teprve učí.
A právě v tom spočívá skutečný význam experimentu, který na první pohled vypadá jen jako obyčejné poslání světla vzduchem.
MOHLO BY SE VÁM TAKÉ LÍBIT
Zdroje: Kód Enigma [1], Stony Brook University / Brookhaven National Laboratory – „Brookhaven and Stony Brook Researchers Demonstrate ‘Wireless’ Capability for Quantum Network“ [2], Brookhaven National Laboratory – Quantum Network Facility, „Ongoing Research and Planned Expansion“ [3], Optica Quantum 2.0 – „Towards Entanglement Swapping over 250 km of Deployed Fiber“ [4], Science – „Satellite-based entanglement distribution over 1200 kilometers“ [5], U.S. Department of Energy – „DOE Explains…Quantum Networks“ [6], Nature – „Deterministic delivery of remote entanglement on a quantum network“ [7], img AI generated
