Magyar kvantumkommunikációs rekordot döntöttek a BME kutatói

A Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem (BME) Villamosmérnöki és Informatikai Kara és a Wigner Fizikai Kutatóközpont között új hazai távolsági rekordot állítottak fel a kvantumalapú kulcsszétosztás területén saját fejlesztésű eszközükkel a BME kutatói. A kísérlet sikeressége nemcsak azt mutatta meg, hogy nagy távolságokon is megfelelően működik a magyar fejlesztésű kvantumkulcsszétosztó rendszer, hanem jelentős mérföldkő egy budapesti nagyvárosi kvantumkommunikációs hálózat kialakításához vezető úton – írja közleményében az egyetem.

„A 2020 októberében létrejött Kvantuminformatikai Nemzeti Laboratórium egyik stratégiai célja a magyar kvantumhálózat gerincének kialakítása, mely határokon átívelően kapcsolódik a regionális rendszerekhez. A kvantumfizika elvét felhasználó informatikai hálózatoknak köszönhetően ugyanis biztonságos kommunikációt tudunk folytatni”

– mondta Imre Sándor akadémikus, a BME Hálózati Rendszerek és Szolgáltatások Tanszék tanszékvezetője.

A Műegyetemen fejlesztett berendezésben egy úgynevezett második generációs kvantumkulcscsere-protokollt valósítottak meg, amely a foton kettős természetéből (hogy egyszerre mutat hullám- és részecsketulajdonságokat) a hullámtulajdonságot használja ki. A folytonos változójú kvantumkulcsszétosztás során 60-80 fotonból álló fotoncsomagot juttattnak el az egyik végpontból a másikig, majd megmérik a beérkező jelet. Egy nagyon alacsony intenzitású fényáramot kell detektálni, ehhez egy speciális mérési berendezést, úgynevezett homodindetektorokat használtak. A biztonságot pedig a fotonok kvantumos részecsketermészete biztosítja, mely itt abban nyilvánul meg, hogy nem lehet pontosan lemásolni.

A május 25-i demonstráció során a Kvantuminformatikai Nemzeti Laboratórium munkájában részt vevő két konzorciumi partner, a BME Villamosmérnöki és Informatikai Kar és a Wigner Fizikai Kutatóközpont között került sor a titkosított kommunikációra. A több mint 20 kilométeres távolságot a másodperc törtrésze alatt tette meg a kvantumbiteket hordozó lézersugár. A kvantuminformációkat kiolvasva állítottak elő olyan kulcssorozatot, amelyet fel lehetett használni üzenetek és képek titkosítására. A kvantumalapú kulcscsere nagy előnye ugyanis, hogy két fél között kvantumkommunikációt használva osztunk meg egy olyan titkos bitsorozatot, amelyet utána hagyományos, úgynevezett szimmetrikus kulcsú titkosító algoritmusokban használunk.

„Közel tíz év munkája van a mai hazai távolsági rekord mögött. A mostani demonstrációhoz egy saját fejlesztésű rendszert használtunk, amelyhez a hardvert és a szoftvert is a Műegyetemen készítettük. A készülékeket nagyrészt sztenderd száloptikai komponensekből építettük, a nagy távolságú összeköttetés pedig a Magyar Telekom általános célú optikai hálózatán keresztül valósult meg”

– mondta Kis Zsolt, a Wigner Fizikai Kutatóközpont munkatársa, aki a műegyetemi
fejlesztőcsoportot vezeti.

A rendszert éles hálózatban Magyarországon először április 29-én tesztelték sikeresen, ekkor a BME kutatói a Magyar Telekom kelenföldi központja és a BME I épülete között küldtek át néhány fotonból álló jelet, több mint két kilométeres távolságon, felhelyezve ezáltal Magyarországot a kvantumkommunikáció nemzetközi térképére. A május 25-i demonstráció során több mint tízszer akkora távolságon, egészen pontosan 20,813 kilométeres szakaszon tudták demonstrálni a kvantumalapú kulcsszétosztás működését, ezzel új magyar távolsági rekordot beállítva. A demonstráció során a szöveges üzenetek mellett a projektben résztvevő intézmények logóját küldték át a feltörhetetlen csatornán.

A BME Villamosmérnöki és Informatikai Karán közel húsz éve foglalkoznak kvantumkommunikációs kutatásokkal és fejlesztésekkel, így aktívan hozzá tudnak járulni a Nemzeti Laboratórium célkitűzésének megvalósításához. „Több kutatási célt is kitűztünk magunk elé kvantumkommunikációs területen. Kvantumalapú véletlenszám-generátort készítünk, szabadtéri kvantumkulcscsere-rendszert fejlesztünk, és emellett különböző technológiájú vezetékes kvantumalapú kulcsszétosztó rendszereket építünk. Utóbbi területen régóta együttműködünk Wigner Fizikai Kutatóközponttal, és közösen veszünk részt a Nemzeti Laboratórium kapcsolódó tevékenységében is” – mondta Bacsárdi László, a BME Mobil
Kommunikáció és Kvantumtechnológiák Laboratórium vezetője.