Oktoptéra, pro ilustraci. Kredit: Northeastern University.

Kvantová mechanika nenabízí jen neuvěřitelné fenomény, ale kupodivu i velmi praktické aplikace. Například kvantový entanglement je klíčovým prvkem kvantových počítačů a zároveň hraje zásadní roli v systémech kvantové komunikace. Ta by měla být, jak se s oblibou říká, „nehacknutelná“, což samozřejmě přitahuje velkou pozornost. V dnešní době už vyrůstají první experimentální kvantové komunikační sítě.

Pokud jde o pozemní kvantové sítě, jejich hlavním problémem je křehkost kvantového entanglementu, který v nich vzniká. Posílání kvantově provázaných fotonů již existujícími sítěmi optických vláken má proto svá úskalí, která vedou k omezené vzdálenosti takové komunikace i omezenému množství přenesených dat. Proto vědci a inženýři poslední dobou vyvíjejí kvantové sítě, které zahrnují přenos fotonů vzduchem.

K satelitním kvantovým sítím se přidají dronové sítě. Kredit: Jian-Wei Pan.

Týmy odborníků v Číně a v Evropě pracují na kvantových komunikačních linkách, které využívají satelity, komunikující se zemí. Jenomže ani kvantové satelity nejsou bez chyb. Kupříkladu, satelity na nízkých oběžných drahách mohou komunikovat s pozemními stanicemi jen v omezených časových oknech. Zásadní je i to, že vypouštění satelitů do vesmíru sice postupně zlevňuje, stále je ale dost nákladné. Proto jsou dost nákladné i satelitní komunikační sítě jako takové.

Vědci čínské Nankingské univerzity jako první na světě vyvinuli „kvantový dron“, který funguje jako letecká stanice kvantové sítě. Je to poměrně velká oktoptéra o váze 35 kilogramů, která v kvantové síti funguje podobně jako satelity. Má na palubě systém pro kvantovou komunikaci. Tvůrci kvantového dronu si v experimentech ověřili, že může pracovat ve vzduchu nepřetržitě 40 minut. Dron komunikuje se zemí dvěma kvantovými linkami o délce zhruba 100 metrů. Experimenty potvrdily, že může přijímat a vysílat entanglované fotony za denního světla, během jasné noci a dokonce i tehdy, když v noci prší.

Badatelé věří, že časem zprovozní lokální kvantové sítě, které pojedou na malých komerčně dostupných dronech. Stejně tak prý mohou vytvořit kvantové sítě s velkými drony pro dlouhodobé lety ve velkých výškách. Takové sítě by pokryly kvantovou komunikací území o rozloze stovek kilometrů čtverečních. Vše nasvědčuje tomu, že by se dronové kvantové sítě mohly stát významným prvkem kvantové komunikace, který by fungoval zároveň s pozemními a satelitními kvantovými sítěmi.

Nankingská univerzita. Kredit: Ozonefrance / Wikimedia Commons.

Dronové kvantové sítě budou muset překonat řadu technických obtíží. Entanglované fotony se mohou během přenosu v takové síti ztrácet a kvantový systém by je mohl zaměňovat s fotony jiného původu, které poletí kolem. V nižších vrstvách atmosféry často dochází k turbulencím, které mohou ovlivnit výkon kvantové komunikace. Samotný dron za letu vytváří turbulence svými osmi rotory.

Navzdory těmto potížím odborníci a komentátoři kvantovým dronům věří. Mohou fungovat jako levná mobilní alternativa pozemních kvantových sítí z optických vláken. Vědci rovněž mohou využít dronové kvantové sítě k detailnímu výzkumu kvantové komunikace. Díky kvantovým dronům bychom mohli získat cenné informace pro rozvoj kvantových informačních technologií. 

Literatura
IEEE Spectrum 18. 6. 2019, arXiv:1905.09527.