A HUN-REN SZTAKI Rendszer- és Irányításelméleti Laboratóriumának (SCL) csapata nyerte a NASA International Space Apps Challenge hazai fordulóját. A világ legnagyobb nemzetközi hackathonján a laikus és a szakmai közegből egyaránt gyĹąjti az Ĺąrtechnológiával kapcsolatos ötleteket a NASA. Magyarországról Bezsilla János, Dénes Csaba és Balogh Dániel jövőbiztos titkosítást lehetővé tévő ötlete jutott tovább a globális döntőbe. 

A HUN-REN SZTAKI SCL háromfős csapata egy olyan irányítástechnikai megközelítésen dolgozik, amely az Ĺąrből képes lekövetni földközeli pontokat. Az elméleti megoldást egy optikai szabályozórendszerrel egészítették ki, amelynek köszönhetően két földi optikai rendszert tudnak összekötni az Ĺąrből – ezáltal egymástól akár több ezer kilométerre fekvő csomópontok között tudnak kommunikálni. De miért is fontos ez?

Biztonsági kérdés

Napjainkban a digitális kommunikáció biztonságát olyan titkosítási módszerek adják, amelyek a hagyományos számítógépek számára rendkívül nehezen megoldható matematikai feladatokon alapulnak. Ezeket használják például digitális aláírásokhoz, banki és személyes adatok titkosításához is, azaz, amikor lekérjük a banki egyenlegünket, ilyen eljárások révén kaphatjuk meg szinte azonnal az adatokat az okostelefonunk képernyőjére. A kutatók azonban olyan kvantumszámítógépeket fejlesztenek, amelyek a fizika más elveit használva bizonyos feladatokat sokkal gyorsabban oldhatnak meg. Elméletben ezek alkalmasak lehetnek arra, hogy a ma használt titkosítási rendszerek egy részét feltörjék. Bár jelenleg még kevés kvantumszámítógép létezik, nem lehet megjósolni, mikorra juthat el a technológia arra a szintre, hogy fel tudja törni a hagyományos titkosítási rendszereket.

A HUN-REN SZTAKI SCL csapatának ötlete arra a gondolatra épül, hogy a jövőben a biztonságos kommunikációhoz olyan kulcsokat érdemes előállítani, amelyek már a kvantumfizika eszközein alapulnak. A megoldás alapját a fotonok – az elektromágneses sugárzások, például a fény alapvető, legkisebb egysége, azaz kvantuma – természetes tulajdonságai adják. A technika lényege, hogy két eszköz között össze lehet “fonni” egy fotonpárt, amelyek tulajdonságai mind a két végponton azonosak, ezekből pedig egy kvantum-kulcsot lehet képezni. A kulcs biztonságát az adja, hogy mindkét végpont azonnal felismeri, ha útközben valami megpróbálja lemásolni. Ilyenkor ez az összefonódás azonnal megszakad, hiszen a fotonpárok kvázi „lekövetik” egymás tulajdonságait: állapotuk azonnal és kölcsönösen befolyásolja egymást, függetlenül attól, hogy milyen messze vannak. A kihívás abban rejlik, hogy ezeket az apró fényrészecskéket el is kell juttatni az egyik csomóponttól a másikig, amelyek jelenleg több ezer kilométeres távolságra is lehetnek egymástól. 

Üzenet az Ĺąrből

A háromfős kutatócsapat erre dolgozott ki egy szimulált megoldást, amely egy összefonódott fotonpárt mĹąholdon, azaz az Ĺąrön keresztül, lézeres optikával továbbít egy titkosítási protokoll alkalmazásával. Így akár 4000 km-es távolságra fekvő csomópontok is összeköthetők. A kutatócsapat által kidolgozott ötlet tehát képes lehet arra, hogy két állomás lézeres jelét szinkronizálja, és továbbítsa az összefonódott fotonpárokat, hogy az állomások ezeket felhasználva elkészíthessék a titkos kulcsokat – ezzel nagyobb biztonságot adva a titkosításnak.

„A legnagyobb kihívás az, hogy egy mindössze néhány cm-es pontot kell eltalálnunk úgy, hogy mindeközben a Föld a saját tengelye, a mĹąhold pedig a Föld körül kering” – mondta el Bezsilla János, a kutatócsapat tagja, aki szerint erős elméleti és szimulációs alapot teremtettek ahhoz, hogy egy mĹąszaki megoldás a jövőben megvalósulhasson.  „Az Ĺąripar szépsége, hogy gyakran hétköznapi eszközöket használ, csak éppen nem hétköznapi helyeken. Számos mindennapi tevékenységünket teszi lehetővé – gondoljunk akár a mobiltelefonra vagy a közösségi médiára – és a mi megoldásunk is ilyen hétköznapi alkalmazások alapjává válhat majd.” 

A HUN-REN SZTAKI SCL csapata által kigondolt precíziós irányítástechnikai eszköz a jelenlegi tervek szerint egy kisméretĹą, úgynevezett kockamĹąholdon is elfér majd – azaz nem lesz nagyobb, mint egy hagyományos asztali számítógép. A projekt jól illeszkedik a HUN-REN SZTAKI és az Airbus Defense and Space közös, az Európai Ĺ°rügynökség (ESA) számára végzett kutatásaihoz. A következő célkitĹązés egy demonstrátor létrehozása: ez a hardveres modell a fejlesztett technológia lényeges elemeit már valós eszközökön mutatja be, megnyitva az utat egy mĹąholdgyártóval való, hosszabb távú közös munkához. 

A NASA nemzetközi versenyének célja, hogy a NASA ingyenes és nyílt adatai, valamint az Ĺ°rügynökség partnereinek Ĺąralapú adatai alapján megoldásokat találjanak a világ aktuális problémáira – a Földön és az Ĺąrben egyaránt. A globális versenyben több száz helyi esemény nyertesei közül, decemberben választják ki a nemzetközi győzteseket. A hazai forduló a Design Terminal szervezésében valósult meg.

English Summary

The HUN-REN SZTAKI Systems and Control Laboratory (SCL) team won the Hungarian round of the NASA International Space Apps Challenge. Their innovative project uses quantum physics to enable ultra-secure communication by transmitting entangled photon pairs via satellite, connecting points thousands of kilometers apart. This approach could create encryption keys resilient to future quantum computers that might break traditional security systems. The solution relies on a compact optical control system and has potential applications in everyday technologies, from banking to mobile communication. The team now advances to the global finals, showcasing their work on a small demonstrator satellite.