Portal informacyjny
Nauki ścisłe
Szkoła Mistrzów Teorii
Kryptografii kwantowej, czyli przesyłaniu poufnych danych w bezpieczny sposób, poświęcona została rozprawa mgr. Karola Łukanowskiego, zwycięzcy tegorocznej edycji konkursu "Mistrz Teorii". Najlepszej pracy magisterskiej dotyczącej fizyki teoretycznej po raz drugi szukali fizycy z Katedry Mechaniki Kwantowej UMK oraz Centrum Doskonałości Astrofizyka i Astrochemia.
Druga edycja konkursu Mistrz Teorii, która – podobnie jak pierwsza – cieszyła się dużym zainteresowaniem. Jego celem jest wyłonienie pracy o nowatorskim charakterze, z istotnym, udokumentowanym wkładem kandydata w rozwój metod teoretycznych bądź numerycznych. W kapitule konkursu zasiedli znakomici teoretycy zajmujący się fizyką i chemią kwantową: dr hab. Rafał Demkowicz-Dobrzański, prof. UW (Uniwersytet Warszawski), dr hab. Łukasz Cywiński (Instytut Fizyki PAN), prof. dr hab. inż. Paweł Machnikowski (Politechnika Wrocławska), prof. dr hab. Marcin Mierzejewski (Politechnika Wrocławska), prof. dr hab. Katarzyna Pernal (Politechnika Łódzka), prof. dr hab. inż. Bartłomiej Szafran (Akademia Górniczo-Hutnicza) oraz badacze z Wydziału Fizyki, Astronomii i Informatyki Stosowanej UMK: prof. dr hab. Dariusz Chruściński, dr hab. Michał Zieliński, prof. UMK oraz dr hab. Piotr Żuchowski, prof. UMK.
Podczas pierwszej edycji najwięcej zwolenników zdobyła praca magisterska zatytułowana "Wzbudzenia elementarne jednowymiarowych, bozonowych kropli kwantowych z oddziaływaniami dipolowymi" (Elementary excitations of one-dimensional dipolar quantum Bose droplets) mgr. Macieja Łebka, absolwenta Uniwersytetu Warszawskiego.
W drugiej edycji również zwyciężył absolwent tej uczelni. Jury było jednomyślne – nagrodę przyznało mgr. Karolowi Łukanowskiemu za pracę "Upper bounds on key rates in device-independent quantum key distribution". 12 marca laureat wygłosił referat dotyczący swojej pracy i badań podczas seminarium w Katedrze Mechaniki Kwantowej.
Bezpieczeństwo poufnych danych
Praca mgr. Karola Łukanowskiego dotyczyła tematyki kryptografii kwantowej, czyli przesyłania poufnych danych w bezpieczny sposób. To jedna z wielu tzw. technologii kwantowych, czyli sposobów na usprawnienie przetwarzania informacji za pomocą zjawisk mechaniki kwantowej.
Dziś, gdy logujemy się np. do poczty elektronicznej czy wysyłamy przelew, nasze dane szyfrowane są za pomocą klasycznych metod, których bezpieczeństwo nie jest zagwarantowane matematycznie. Istnieje więc ryzyko odkodowania tych informacji, i – choć to trudne i czasochłonne – obawiamy się wynalezienia przez hakerów nowych, lepszych metod – tłumaczy laureat. - Kryptografia kwantowa przychodzi nam na ratunek, oferując praktyczną metodę na szyfrowanie niemożliwe do zhakowania. Bierze się to z niesłychanej delikatności, jaką cechują się obiekty kwantowe, takie jak fotony. Dzięki niej ingerencja niepowołanych osób trzecich może zostać wykryta i udaremniona.
Aby jednak protokół kryptografii kwantowej można było uznać za bezpieczny, stosowane do jego realizacji urządzenia muszą cechować się wysoką jakością. Tym właśnie zajął się w swojej pracy magisterskiej Karol Łukanowski. W jej wynikach wskazał twarde ograniczenia na maksymalny poziom błędów, który może tolerować fizyczna realizacja takiego protokołu.
– Wyniki, choć teoretyczne, mają przełożenie na rzeczywistość i wyznaczają warunki rozwoju techniki. Na przykładzie implementacji optycznej mówią wprost o tym, jak wydajne źródła fotonów musimy skonstruować lub jakie prawdopodobieństwo utraty fotonu mogą dopuszczać nasze światłowody oraz fotodetektory – tłumaczy mgr Łukanowski.
Dryg do łamigłówek
Mistrz Teorii przyznaje, że łamigłówki pociągały go od dzieciństwa. W gimnazjum pasjami rozwiązywał zadania z fizyki.
– W fizyce nagrodą za rozwikłanie zagadki jest nie tylko satysfakcja, ale i uchylenie rąbka tajemnicy podstawowych praw natury. A to fascynuje mnie najbardziej: że Wszechświat zdaje się funkcjonować według prostych matematycznych praw, a my mamy możliwość – i przywilej – kawałek po kawałku je odkrywać – wyjaśnia mgr Łukanowski. – Wybierając studia naturalnie oscylowałem więc wokół nauk ścisłych, choć zanim trafiłem na Wydział Fizyki, zaliczyłem rok na kierunku inżynierskim, gdzie chciałem połączyć fascynację z praktyką i nauczyć się budować rakiety kosmiczne. Zdałem sobie jednak sprawę, że bliżej mi do fizyki teoretycznej niż doświadczalnej. Być może dlatego, że pozwala ona na więcej abstrakcji, nie jest ograniczona wyposażeniem dostępnym w laboratorium. Nie ulega jednak wątpliwości, że koniec końców postęp wynika ze styku teorii z eksperymentem i to ważne, by w nauce rozwijać i doceniać obie te ścieżki.
Karol Łukanowski jest obecnie doktorantem w grupie prof. Konrada Banaszka w Centrum Nowych Technologii Uniwersytetu Warszawskiego. Pracuje m.in. nad tym, jak za pomocą efektów kwantowych usprawnić komunikację optyczną, by miała większą przepustowość, była bardziej niezawodna i bezpieczna.
Karol Łukanowski, rozpoczął studia w 2016 roku na Politechnice Warszawskiej, jako kierunek wybierając inżynierię lotniczą i kosmiczną. Zatęskniwszy jednak do teorii, rok później zmienił zdanie i zaczął od nowa, tym razem na Wydziale Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego. Od 2019 roku pracuje na Uniwersytecie Warszawskim w Centrum Optycznych Technologii Kwantowych finansowanym przez Fundację na rzecz Nauki Polskiej, w którym zajmuje się rozwijaniem technik łączności optycznej w oparciu o kwantową naturę światła. Jego praca licencjacka została uznana przez Krajowe Centrum Informatyki Kwantowej za najlepszą z tej dziedziny obronioną w Polsce w 2020 roku, a w 2022 analogiczne wyróżnienie otrzymał od KCIK za pracę magisterską. Tego samego roku Niezależne Zrzeszenie Studentów wręczyło mu Studenckiego Nobla w kategorii nauk fizycznych. Karol był także stypendystą Rektora UW, Fundacji Lotto, amerykańskiego towarzystwa optycznego SPIE oraz Ministerstwa Edukacji i Nauki, które przyznało mu grant “Perły Nauki" na realizację doktoratu. Jest współautorem sześciu opublikowanych artykułów naukowych.
