Rozvoj kvantových technológií prináša nové možnosti v oblasti informačnej a komunikačnej bezpečnosti. Prenos informácií bol doteraz zabezpečený matematickou komplexnosťou šifrovania a bezpečným prenosom šifrovacích kľúčov. S príchodom kvantových počítačov, ktorých výkon umožní prelomenie existujúcich šifrovacích kľúčov je nutné vyvíjať nové spôsoby zabezpečenej komunikácie, aby sme zostali chránení pred kybernetickými útokmi. Prenos šifrovacích kľúčov pomocou kvantových technológií predstavuje riešenie tohto problému.
V januári 2023 odštartoval európsky projekt Slovenská kvantová komunikačná infraštruktúra (skQCI). Jeho hlavným cieľom je vybudovanie kvantovej komunikačnej infraštruktúry, ktorá prepojí 12 slovenských akademických inštitúcií od Bratislavy po Košice. Dôležitým prvkom celej kvantovej infraštruktúry je súčiastka s názvom jedno-fotónový supravodivý detektor (SNSPD). Súčasťou projektu je aj vývoj a výroba takéhoto kvantového detektora, na čom sa významnou mierou podieľa aj Elektrotechnický ústav.
SNSPD je vytvorený z veľmi tenkého supravodivého nanodrôtu so šírkou približne 100 nm a hrúbkou len niekoľko nanometrov. Takéto malé rozmery sú nevyhnutné pre dosiahnutie vysokej citlivosti detektora. Cieľom je, aby detektor dokázal detegovať jednotlivé fotóny. Princíp detekcie spočíva v tom, že nanodrôt sa ochladí na teplotu pod jeho supravodivú kritickú teplotu. Nanodrôt je napájaný jednosmerným prúdom, ktorého hodnota je tesne pod hodnotou kritického prúdu. Keď jeden fotón zasiahne nanodrôt, vytvorí v ňom tzv. hotspot, čo je vlastne lokálne porušenie supravodivého stavu. Tento hotspot má na rozdiel od zvyšku supravodivého drôtu elektrický odpor. Zmena odporu spôsobí merateľný napäťový impulz, ktorý deteguje čítací obvod. Tento impulz naznačuje, že bol detekovaný fotón. Po absorbovaní fotónu hotspot rýchlo vychladne a drôt sa vráti do supravodivého stavu, pripravený detekovať ďalší fotón. Pre zvýšenie účinnosti detektora je nanodrôt vytvarovaný na zrkadle, ktoré pozostáva z platinovej reflexnej vrstvy a priesvitnej SiO2 vrstvy. Táto dvojvrstva slúži ako optický rezonátor, ktorý zabezpečí lepšiu absorpciu fotónov v nanodrôte.
Po technologickej stránke je príprava SNSPD náročná úloha, zahŕňajúca mnoho postupov, pričom hlavnými krokmi je deponovanie zrkadlovej vrstvy, nanesenie tenkej supravodivej vrstvy, zadefinovanie nanodrôtov do tvaru meandra pomocou elektrónovej litografie a suchého leptania. Na záver nasleduje elektrické kontaktovanie, naviazanie na optické vlákno a testovanie finálneho detektora.
Viac info o projekte: https://skqci.qute.sk/