Tajný klíč, laser a pokusy o odposlech. Středoškoláci na Talentovce zkoumali kvantovou komunikaci

Jak bezpečně předat tajnou informaci a poznat, že se ji někdo pokusil zachytit? Odpověď nabízí kvantová fyzika, jejíž zákonitosti mohou pomáhat chránit komunikaci na Zemi i ve vesmíru. Právě takovou výzvu dostalo dvanáct středoškoláků z Česka a Slovenska během devátého ročníku Talentové akademie. Ve dnech 17.–19. října 2026 se v laserových centrech HiLASE a ELI Beamlines v Dolních Břežanech pustili do stavby zařízení pro bezpečné sdílení šifrovacího klíče. A jejich úkol měl ještě jeden háček: odhalit případného odposlouchávače.

Alice, Bob a nezvaný host jménem Eve

Představte si, že Alice chce Bobovi předat tajný klíč, kterým společně zašifrují zprávu. Jenže do jejich komunikace se snaží proniknout Eve. Dokážou její přítomnost odhalit? Právě na tomto scénáři stojí kvantová distribuce klíče (Quantum Key Distribution, QKD), která byla tématem letošní Talentovky. Zatímco bezpečnost mnoha běžných šifrovacích metod závisí na obtížnosti matematických úloh, QKD využívá zákonitostí kvantové fyziky. Pokus o odposlech totiž může v přenášených datech zanechat odhalitelné chyby.

Úkolem finalistů Talentovky bylo sestavit a naprogramovat zařízení pro přenos šifrovacího klíče pomocí světla, ověřit, zda dokáže odhalit pokus o odposlech, a vytvořeným klíčem zašifrovat obrázek. K tomu využili lasery a detektory simulující kvantový režim.

Proč se podobnými technologiemi vědci zabývají? S rozvojem kvantových počítačů, které dokážou řešit složité matematické šifry, roste i potřeba hledat nové způsoby ochrany citlivých informací. Jedním z nich je právě kvantová komunikace, která se postupně přesouvá z laboratoří do reálných aplikací. Evropský projekt EAGLE-1, vznikající ve spolupráci s Evropskou kosmickou agenturou ESA, má například ověřit distribuci šifrovacích klíčů mezi družicí a pozemními stanicemi.

Využitím laserů ve vesmíru, například pro komunikaci nebo sledování a odstraňování kosmického odpadu, se zabývá také projekt ATLAS v centru HiLASE. Tento projekt financovaný Evropskou unií podpořil i letošní Talentovou akademii, která dává středoškolákům příležitost vyzkoušet si práci na podobných technologických výzvách.

„Chceme studentům ukázat, že věda není jen o znalostech a správných odpovědích. Dostávají skutečný technický problém, který musí společně vyřešit. Letošní kvantová kryptografie je krásným příkladem toho, jak se mohou fyzikální zákony proměnit v technologie, které jednou budou chránit naši komunikaci,“ vysvětluje Michal Vyvlečka, mentor a kvantový fyzik působící na Univerzitě ve Stuttgartu.

Laserové laboratoře ožívají vědeckým hackathonem 

Talentová akademie už devátým rokem umožňuje nadaným středoškolákům vyzkoušet si skutečnou vědeckou práci. Do letošního finále postoupilo dvanáct studentů vybraných na základě online kola, v němž museli prokázat nejen odborné znalosti, ale také schopnost samostatně přemýšlet a experimentovat.

Sobotní program začal prohlídkami laboratoří obou výzkumných center. Studenti nahlédli do zákulisí špičkových laserových systémů včetně rekordního laseru BIVOJ a ultrarychlého systému PERLA. Následně se rozdělili do tří týmů a absolvovali workshopy zaměřené na laserovou optiku, programování, elektroniku a 3D modelování.

„Myslela jsem si, že budeme hlavně poslouchat přednášky a dozvíme se něco zajímavého o laserech. Nečekala jsem, že nás čeká tolik vědecké práce v laboratořích,“ říká Helena Palová, jedna z letošních finalistek. „A také bylo skvělé podívat se do laserových hal na nejvýkonnější lasery na světě. To byl zážitek.“

V neděli dopoledne už týmy představovaly své návrhy experimentů odborné komisi. Po důkladném kole otázek přišlo na řadu sestavování zařízení, programování a testování. Čas přitom běžel neúprosně. Talentovka má podobu intenzivního vědeckého hackathonu, při kterém se pracuje dlouho do noci a spí se ve spacácích přímo v prostorách ELI Beamlines.

„Na začátku se tu setká dvanáct studentů, kteří se většinou vůbec neznají. Během několika hodin se musí naučit spolupracovat, rozdělit si práci a hledat společná řešení. A není to vždycky jednoduché, zvlášť když se něco nedaří a všichni jsou unavení,“ říká jedna z organizátorek a absolventka “Talentovky” Beáta Plaskurová, která dnes působí na University of Glasgow. „Je zajímavé sledovat, jak se z dvanácti jednotlivců během jediného víkendu stanou tři sehrané týmy.“

Když experiment skončí, vědecká práce pokračuje

V pondělí čekala studenty závěrečná obhajoba před odborníky z ELI Beamlines a HiLASE. Museli představit svá zařízení, vyhodnotit naměřená data a vysvětlit, co se podařilo a co by příště udělali jinak. Protože i neúspěšný experiment může přinést důležité poznatky.

„Každý rok si před Talentovkou říkám, že toho mám v práci až nad hlavu a že se mi další třídenní maraton vůbec nehodí,“ směje se Tyler Green, seniorní vědec z ELI Beamlines, který se podílí na vývoji a provozu unikátních vysoko výkonových laserových systémů na ELI. „Ale pak přijde pondělí. Vidím studenty, kteří před třemi dny o daném problému skoro nic nevěděli a teď stojí před vědci laserových center, představují vlastní experimenty a dokážou vysvětlit, jak fungují. A když vidím jejich radost z toho, co dokázali, všechna únava je pryč.“

Pro některé účastníky jsou tři dny v Dolních Břežanech prvním setkáním se skutečnou vědou, pro jiné začátkem mnohem delší cesty. Absolventi Talentovky dnes studují na českých i zahraničních univerzitách, vracejí se na odborné stáže nebo pomáhají s organizací dalších ročníků v roli elévů,

Devátý ročník Talentové akademie společně pořádají laserová centra ELI Beamlines a HiLASE ve spolupráci s Education42morrow. Více informací najdete na www.talentovka.cz.