Fakulta elektrotechnická ČVUT v Praze slaví významný úspěch na evropské scéně, když v prestižní výzvě QuantERA získala hned dva mezinárodní projekty zaměřené na kvantové komunikace. Zastupuje tak plnou polovinu všech úspěšných českých projektů v této oblasti.
Fakulta elektrotechnická Českého vysokého učení technického v Praze dosáhla mimořádného úspěchu, když získala hned dva mezinárodní výzkumné projekty v prestižní evropské iniciativě QuantERA. Tato platforma dlouhodobě podporuje rozvoj kvantových technologií. Získané projekty nesou názvy ICON a EXCEL-QKD. Jejich hlavním cílem je zaměřit se na zcela nové generace kvantových komunikačních systémů a vysoce zabezpečených sítí, které budou plně připraveny na nadcházející nástup kvantových počítačů. Díky tomuto úspěchu získala FEL ČVUT polovinu všech českých projektů financovaných v oblasti aplikovaného kvantového výzkumu v rámci letošní výzvy.
Rekordní zájem v evropském měřítku
Do letošní výzvy s názvem QuantERA Call 2025 se zapojilo celkem 34 financujících organizací z 29 zemí světa. O finanční podporu pro své záměry usilovalo dohromady 287 projektových návrhů, které dohromady sdružovaly více než 1400 zapojených výzkumných týmů. Finanční podporu nakonec získalo pouhých 39 mezinárodních konsorcií, přičemž celkový rozpočet této vlny činí 53 milionů eur.
„Mezinárodní projekty tohoto typu patří mezi nejprestižnější formy evropské vědecké spolupráce. O to více nás těší, že se nám podařilo uspět hned se dvěma projekty a dále rozvíjet spolupráci s předními evropskými pracovišti v oblasti kvantových technologií,“ pochvaluje si docent Matěj Komanec z katedry elektromagnetického pole FEL ČVUT, který zároveň vede projekt ICON.
Kvantové komunikace bez kompromisů skrze projekt ICON
Projekt ICON přináší do světa kvantových komunikací zcela inovativní přístup. Zatímco současné systémy se obvykle snaží různými způsoby přizpůsobit kvantové technologie již existující telekomunikační infrastruktuře, výzkumníci z FEL ČVUT a jejich zahraniční partneři obracejí tento zažitý princip zcela naruby. Vyvíjejí totiž komunikační infrastrukturu navrženou primárně a přímo pro specifické potřeby kvantových systémů.
Zásadní roli v tomto ohledu sehrají optická vlákna s dutým jádrem. V nich se světlo na rozdíl od klasických vláken nešíří sklem, ale vzduchem. Tato moderní generace optických vláken umožňuje pracovat na vlnových délkách, které jsou mnohem vhodnější pro kvantové zdroje fotonů, a dosahovat tak výrazně vyšší efektivity samotného kvantového přenosu.
Součástí výzkumu v rámci projektu ICON bude také vývoj pokročilých technologií, které umožní současné sdílení kvantových klíčů mezi více uživateli najednou. Zatímco dosavadní systémy kvantové distribuce klíčů obvykle propojují pouze dva účastníky komunikace, nový přístup otevře dveře bezpečné komunikaci mnoha partnerů v rámci jediné sdílené kvantové sítě.
„Dlouhodobě se zabýváme optickými vlákny s dutým jádrem a jejich využitím v telekomunikacích. V projektu ICON chceme ukázat, že tato technologie může výrazně zvýšit efektivitu budoucích kvantových komunikačních sítí,“ doplňuje docent Komanec.
Na řešení projektu ICON se vedle odborníků z FEL ČVUT podílejí také vědci z Technické univerzity ve Vídni a britské University of Southampton. Rakouský partner přináší hlubokou expertizu v oblasti kvantových zdrojů a detektorů, zatímco britský tým se řadí mezi světové průkopníky ve vývoji samotných optických vláken s dutým jádrem. Česká strana zajišťuje především propojení obou zmíněných technologií a vývoj efektivní vazby mezi klasickými a novými typy optických vláken.
Odolnější kvantové šifrování v projektu EXCEL-QKD
Druhý podpořený projekt nese název EXCEL-QKD a jeho vedení se ujal profesor Stanislav Zvánovec, rovněž z katedry elektromagnetického pole FEL ČVUT. Tento výzkum se zaměřuje na další intenzivní rozvoj kvantové distribuce kryptografických klíčů, známé pod zkratkou QKD. Jde o jednu z vůbec nejperspektivnějších technologií určených pro budoucí bezpečné komunikace, která využívá základních principů kvantové fyziky k dokonalé ochraně přenášených dat.
Tým z ČVUT vyvine společně s partnery z Lucemburska a Kanárských ostrovů zcela nový koncept kvantové komunikační sítě. Ten umožní bezpečné sdílení šifrovacích klíčů mezi více uživateli současně. Využitím většího množství prostorově rozmístěných kvantových zdrojů se celý systém stane výrazně odolnějším vůči vnějšímu rušení i potenciálním kybernetickým útokům, přičemž nabídne také vyšší spolehlivost a rychlost přenosu.
Důležitou součástí projektu bude rovněž vývoj nových algoritmů a využití pokročilých vícepixelových fotonových detektorů. Ty dokážou s vysokou přesností rozlišit jednotlivé kvantové signály přicházející z mnoha zdrojů najednou. Výsledkem by měly být zbrusu nové protokoly pro bezpečnější a efektivnější budoucí kvantové sítě.
„Kvantová distribuce klíčů je jednou z prvních technologií, které přenesou výhody kvantové fyziky do běžné praxe. Naším cílem je vyvinout komunikační systémy, které budou bezpečné, odolné a připravené na dobu, kdy se kvantové technologie stanou běžnou součástí digitální infrastruktury,“ vysvětluje profesor Stanislav Zvánovec.
Pražský vědecký tým přitom naváže na své bohaté a dlouholeté zkušenosti s výzkumem kvantových bezdrátových komunikací. V uplynulých letech uskutečnili řadu úspěšných experimentů s přenosem kvantových signálů ve volném prostoru. Ve spolupráci s Německým leteckým a kosmickým centrem dokonce realizovali unikátní pokus na bezdrátovém optickém spoji o úctyhodné délce 6,7 kilometru.
Mezinárodní spolupráce a vyhlídky pro mladé vědce
Oba úspěšné projekty oficiálně odstartují v září roku 2026 a jejich plánované trvání je vyměřeno na tři roky. Kromě samotného vědeckého přínosu otevřou také zcela nové možnosti pro doktorandy, postdoktorandy a mladé vědecké pracovníky. Ti budou mít jedinečnou šanci absolvovat dlouhodobé výzkumné pobyty na prestižních zahraničních partnerských univerzitách.
Do řešení obou projektů se přímo na katedře elektromagnetického pole FEL ČVUT zapojí zhruba desítka výzkumníků, postdoktorandů a doktorandů. Významným aspektem celého snažení bude vedle špičkového výzkumu také systematická výchova zcela nové generace odborníků pro oblast moderních kvantových komunikací.
