Niemcy testują komunikację kwantową na rekordową skalę. 254 km po zwykłych światłowodach – krok w stronę kwantowego internetu

W Niemczech zespół Toshiba Europe zademonstrował dystrybucję kluczy kwantowych (QKD) wzdłuż 253,9-kilometrowej komercyjnej trasy światłowodowej Frankfurt–Kehl z węzłem pośrednim w Kirchfeld. System działał w infrastrukturze operatora akademickiego GÉANT, mieszcząc się w standardowych szafach telekomowych i współistniejąc z ruchem klasycznym. Osiągnięto szybkość 110 bit/s przy tłumieniu 56 dB, co – jak podkreślają autorzy – stanowi pierwszą terenową implementację spójnej komunikacji kwantowej na tak długim łączu i na istniejącej sieci.

Dlaczego to przełom

Dotychczas rekordowe dystanse QKD w terenie wymagały wyspecjalizowanych warunków lub nie skalowały się dobrze na sieci operatorskie. W tym teście zastosowano protokół Twin-Field QKD (TF-QKD), który „łamie” dotychczasowe ograniczenia tłumienności łączy, oraz detektory niewymagające chłodzenia kriogenicznego. Wyniki i analiza ukazały się w Nature (23 kwietnia 2025 r.) i zostały omówione przez redakcję pisma jako praktyczny krok ku bezpiecznej komunikacji kwantowej na duże odległości.

Jak to działa: spójna komunikacja kwantowa w skrócie

Rdzeniem rozwiązania jest interferometria fazowa: dwa nadawcze węzły wysyłają słabe, fazowo skorelowane stany świetlne do wspólnego przekaźnika, który wykonuje pomiar „pośrodku”. Dzięki temu bezpieczeństwo nie zależy od zaufania do urządzeń detekcyjnych po stronie odbiorcy (właściwości measurement-device-independent), a czułość narastania błędów wraz z odległością jest mniejsza niż w klasycznych wariantach QKD. To otwiera drogę do sieci gwiaździstych i docelowo do architektury kwantowego internetu opartej na precyzyjnej kontroli fazy. 

Kontekst globalny: wyścig o kwantowy internet

Rok 2025 został ogłoszony przez ONZ Międzynarodowym Rokiem Nauki i Technologii Kwantowej (IYQ 2025) – to symboliczny sygnał, że badania nad komunikacją i obliczeniami kwantowymi stają się infrastrukturą krytyczną przyszłej gospodarki cyfrowej.

Chiny rozwijają największą na świecie, wielowarstwową sieć QKD (lądową i satelitarną), opisywaną w literaturze jako ponad 10 tys. km (często przywoływane są wartości rzędu ~12 tys. km). Obejmuje ona dziesiątki węzłów szkieletowych i sieci metropolitalnych, bazując na architekturze trusted-relay.

Europa konsoliduje wysiłki w ramach Quantum Internet Alliance (QIA), budując pełen stos technologii kwantowego internetu – od pamięci i powielaczy kwantowych po warstwy oprogramowania. Niemcy deklarują wielomiliardowe inwestycje w technologie kwantowe do 2026 r., a unijne instytucje wzmacniają strategię kwantową, podkreślając potrzebę większego udziału kapitału prywatnego.

Co nowego wnosi test Frankfurt–Kehl

• Skala i realność środowiska: praca na komercyjnej, zajętej infrastrukturze operatorskiej, bez „sterylnych” warunków laboratoryjnych.

• Wydajność na dystansie 254 km: 110 bit/s klucza to tempo już użyteczne do wymiany materiału kryptograficznego między węzłami sieci.

• Sprzęt bliski telekomowi: standardowe racki i osprzęt, brak kriogeniki po stronie detekcji – łatwiejsza integracja i serwis.

• Krok ku „fazowej” architekturze internetu kwantowego: pierwsza realna demonstracja spójnej komunikacji kwantowej w sieci krajowej.

Co to znaczy dla bezpieczeństwa komunikacji

Dzisiejsza kryptografia opiera się na problemach matematycznych trudnych dla komputerów klasycznych. Wraz z rozwojem komputerów kwantowych rośnie ryzyko ataków typu „zbieraj teraz, odszyfruj później”. QKD – niezależnie od post-kwantowych algorytmów programowych – dostarcza fizyczny kanał dystrybucji kluczy, którego podsłuch jest zasadniczo wykrywalny. Zespół podkreśla, że prezentowana architektura to klocki konstrukcyjne do sieci, które pewnego dnia mogą współdziałać z powielaczami kwantowymi i pamięciami kwantowymi, zapewniając bezpieczeństwo nawet na kontynentalnych dystansach.

Uwaga: prace równoległe analizują wektory ataku na implementacje TF-QKD (np. manipulacje długością fali w pętlach blokady fazy). To przypomnienie, że – podobnie jak w klasycznej kryptografii – bezpieczeństwo zależy od całego stosu: od fizyki i sprzętu po procedury operacyjne i niezależną ewaluację.

Co dalej: od eksperymentu do usług

Droga do „powszechnego internetu kwantowego” pozostaje etapowa. W krótkim horyzoncie realne są:
(1) dalsze pilotaże operatorskie (np. w sieciach narodowych nauki i szkolnictwa wyższego),
(2) integracja z klasyczną kryptografią post-kwantową (hybrydowe schematy klucza),
(3) prace nad powielaczami kwantowymi i pamięcią kwantową, które zastąpią zaufane węzły i odblokują zasięgi transkontynentalne. W wizji QIA powstaje pierwszy pełnostosowy prototyp internetu kwantowego w Europie – od hardware’u po oprogramowanie. 

Co mogą zrobić dziś organizacje

• Mapować ryzyko „harvest-now-decrypt-later” i planować migrację do algorytmów post-kwantowych, równolegle śledząc testy QKD w krajowych sieciach akademickich.

• Budować kompetencje operacyjne: procedury dla warstwy optycznej (stabilizacja fazy, monitoring), zespół reagowania, audyty sprzętu.

• Współpracować z operatorami przy pilotażach i łączeniach hybrydowych (PQC + QKD), aby przygotować się na etap wczesnych usług.

Wnioski

Rekordowa demonstracja TF-QKD na dystansie 254 km po zwykłych światłowodach pokazuje, że kwantowa warstwa bezpieczeństwa może ewoluować z laboratoriów do realnych sieci krajowych. To nie „gotowy internet kwantowy”, ale solidny kamień milowy – technologiczny i operacyjny – który zbliża Europę do pozycji liczącego się gracza w globalnym wyścigu.