Internet, který nelze odposlouchávat, je na dosah. Jediný foton ponese více dat než celý optický kabel

Přehledová studie v Nature Photonics popisuje, jak jediný foton dokáže nést násobně víc informací než dosavadní kvantové protokoly.

Zdroj fotografie: Unsplash

Představte si světlo, které není jen záblesk energie, ale složitě tvarovaná struktura nesoucí celou abecedu místo jediné písmene. Přesně to popisuje tým fyziků z jihoafrické Witwatersrand University a barcelonské UAB v review publikovaném loni v listopadu v Nature Photonics. Jejich shrnutí dvou dekád výzkumu ukazuje, že fotony lze „nastavit“ v prostoru i čase tak, aby každý z nich přenášel víc kvantových informací než klasický dvoustavový qubit. Výsledek? Bezpečnější šifrování, odolnější přenos a reálná vyhlídka na komunikační síti, kde se pokus o odposlech zanechá měřitelnou stopu. Není to ale tak jednoduché, jak zní nadpis.

Od jedničky a nuly k celé abecedě

Běžný kvantový přenos pracuje s qubitem, stavem, který je buď 0, nebo 1, případně jejich superpozicí. Qudit jde dál. Místo dvou úrovní nabízí d úrovní, kde mohou být čtyři, osm, teoreticky i víc. Informační kapacita jednoho fotonu pak roste logaritmicky: čtyřúrovňový qudit nese dva bity na foton, osmiúrovňový tři. Laboratorní práce z roku 2025 publikovaná v Communications Physics dosáhla 1,28 bitu na fotonu i zašuměném kanálu, zatímco standardní binární protokoly jsou ze své podstaty nebezpečný na jeden bit.

Důležité upřesnění: „více dat než celý optický kabel“ je zkratka. Klasické vlákno propustí miliardy fotonů za sekundu a jeho celková propustnost zůstává nesrovnatelná. Revoluce spočívá v hustotě informace na jediném foton. A právě ta rozhoduje o bezpečnosti, ne o tom, jak rychle se vám načte video.

Proč je to důležité pro bezpečnost

Kvantová distribuce klíčů (QKD) funguje na jednoduchém principu: odesílatel a příjemce si vymění šifrovací klíč zakódovaný do kvantových stavů fotonů. Kdokoli se pokusí fotony změřit, nevyhnutelně změní jejich stav, a obě strany to poznají. Jak NIST, QKD chrání distribuci klíče, nikoli celou aplikaci. Malware na koncovém zařízení, špatná autentizace kompromitovaný hardware zůstávají mimo dosah fyzikálních zákonů.

S qudity ale bezpečnostní rovnice získává nový rozměr. Větší abeceda znamená vyšší toleranci chyb a šumu, více prostoru pro odhalení úniku informací, aniž by se zhroutila užitečná přenosová rychlost klíče. Prakticky řečeno: útočník musí být sofistikovanější a jeho stopa je zřetelnější.

Scénář „harvest now, decrypt later“ (sbírat šifrovaná data dnes a rozluštit je za deset let silnějším kvantovým počítačem) přitom NIST označuje za aktuální plánovací problém už teď. Ne pro domácí e-maily, ale pro státní komunikaci, zdravotní záznamy, bankovní transakce a vše, co má být důvěrné i za dekádu.

Co už funguje, a kde je Česko

Kvantově zabezpečené sítě nejsou hypotézy. Čína provozuje integrovanou síť přes 4 600 kilometrů kombinujících pozemní vlákna a satelitní spoje od roku 2021 a v únoru 2026 publikovala v Nature výsledky velké sítě s integrovanou fotonikou a desítkami uživatelů. Toshiba v prosinci 2025 předvedla první mezistátní QKD na komerčním metropolitním vlákně v USA. Švýcarská firma ID Quaantique dodává komerční QKD systémy čtvrté generace s dvacetiletou historií nasazení.

A Česko? CESNET v prosinci 2025 ověřil kvantově zabezpečený přenos na provozní 100Gb/s trase v Praze, kombinující QKD se šifrováním odolným vůči kvantovým počítačům. Dříve úspěšně otestoval systém Toshiba LD. VUT v Brně probíhá postkvantový šifrátor na bázi FPGA ve spolupráci s NÚKIB. Olomoucká univerzita se podílí na mezinárodním výzkumu kvantových kódů pro světlo. Česká stopa v oboru existuje, a je praktická, není jen akademická.

Co chybí k „neodposlouchatelnému internetu“

Mezi laboratorními recenzemi a sítěmi, které využívá miliony domácností, leží několik tvrdých překážek:

• Dosah. Ztráty fotonů ve vlákně rostou exponenciálně s délkou. Kvantové opakovače, které by problém řešily, zatím nejsou nasaditelné na dlouhých trasách.
• Rychlost generování klíčů. Současná rychlost generování klíčů nestačí pro masový provoz.
• Cena a velikost. Quditové zdroje a detektory se teprve přesouvají z optických lavic na čipy. Třírozměrný entanglement na křemíkovém čipu byl demonstrován v roce 2020, osmirozměrné stavy na čipu ještě dříve, ale od demonstrace k výrobě je daleko.
• Standardizace. Chybí jednotné protokoly a certifikace, bez kterých operátoři technologii nenasadí.

Autoři recenze mluví o bodu zlomu, kde se nástroje pro tvarování fotonů dostatečně zralé. Sami ale přiznávají, že jde o akcelerátor další generace sítí QKD, ne o hotový masový produkt.

Komu to pomůže nejdřív

Nejsilnější dopad v dohledné době nebude na rychlost domácí Wi-Fi. Quditové fotony a kvantově strukturované světlo míří tam, kde je bezpečnost kritická a cena ospravedlnitelná: páteřní sítě operátorů, mezistátní vládní komunikace, finanční infrastruktura, výzkumné sítě, datacentra. K běžnému uživateli se technologie nedostane, jako součást operátorské nebo cloudové infrastruktury, která jeho data ochrání, aniž by o tom věděl.

Z fotonu se stává vícerozměrná bezpečnostní jednotka. Ne proto, aby nahradila optický kabel v zemi, ale aby zajistila, že to, co kabelem teče, nemůže nikdo potichu číst.