Бъдещето е в квантовата комуникация

Институтът за ядрени изследвания и ядрена енергетика (ИЯИЯЕ) към БАН е създаден през 1972 г., когато Институтът по физика се разделя на две – на Институт за ядрени изследвания и ядрена енергетика и Институт по физика на твърдото тяло. През 2022 г. двата института отбелязват своите 50-годишни юбилеи. ИЯИЯЕ е най-големият комплексен център в България за научни изследвания и приложни разработки в областта на теоретичната и математическата физика, квантовата информатика, физиката на високите енергии, физиката и астрофизиката на частиците, ядрената физика, неутронната и реакторната физика, ядрените методи, ядрената енергетика, радиоекологията и опазването на околната среда.

Институтът за ядрени изследвания и ядрена енергетика участва в експеримента CMS в CERN

Зина Соколова

Нашият институт притежава единствения в България изследователски ядрен реактор и научно експериментална база на връх Мусала – разказва неговият директор доц. д-р Лъчезар Георгиев. – През
1961 г. успешно е проведена първата верижна ядрена реакция под ръководството на проф. Дмитрий Блохинцев от Русия.“
През 1971 г. главният инженер на изследователския реактор на Ядрения институт Симеон Русков става първият директор на Атомната електроцентрала в Козлодуй. Изследователският реактор е първото условие, за да се пусне
АЕЦ „Козлодуй“.
„В нашия институт има хора с много задълбочени познания по квантова теория – казва доц. Георгиев. – Акад. Иван Тодоров е един от световно известните учени, създали универсален математически
апарат за строго описание на квантовата теория, основано на минимално множество от аксиоми, отчитащи фундаменталните принципи на квантовите системи. Групата по теоретична и математична физика в момента работи върху квантова теория на полето, струнни теории, групови методи и др. Групата по теоретична ядрена физика се занимава с теоретично описание на ядрени системи.“
ИЯИЯЕ участва в Eвропейската организация за ядрени изследвания (CERN) и по-точно – в експеримента компактен мюонен соленоид (CMS). Част от модулите с високоволтово напрежение за експеримента се произвеждат в Института. По този начин българската група в CERN е съпричастна и към откриването на Хигс-бозона. В момента се произвеждат охладителни модули за новите детектори на експеримента CMS, както и електрониката за експеримента TOTEM в CERN.
Институтът е част от известната колаборация MAGIC (Magor Atmospheric Gamma Imaging Cherenkov Telescope). Участва и в европейското обединение „Еврофюжън“ – огромна организация, която цели да изгради експериментален термоядрен реактор. Там трудностите са огромни, но участват страни от целия свят и има мощно финансиране, обяснява доц. Георгиев.
„В нашия институт се занимаваме и с неутронно активационен анализ, с изследване на сеченията при неутронни реакции – казва доц. Георгиев. – Правим и анализ на безопасността на тежки аварии и оптимизация на поведението на ядреното гориво. Единствени в България се занимаваме с анализ на материали с нелегален произход. Предоставяме научна експертиза на МВР, Министерството на отбраната, ДАНС, Граничната полиция, в митниците и други институции. Разполагаме и с мобилен гама-спек-
трометър, с който бързо се установяват ядрени материали и източници на йонизиращи лъчения.“
В лабораторията на връх Мусала се прави анализ на аерозолното съдържание на атмосферата, на радиацията. През 2011 г., когато е аварията във Фукушима, няколко седмици след това на Мусала учените измерват минимални количества от радиоактивен йод и цезий. Те са десетки хиляди пъти под нормата, но показват, че нещо е преминало над България.
Едно от постиженията на Института е през 2011 г., когато учени от ИЯИЯЕ участват в изготвяне на стрес-тестовете за АЕЦ „Козлодуй“, които да покажат доколко централата е готова за екстремни ситуации. Международната агенция за атомна енергия похвали България, че е единствената страна, използвала научния си потенциал за стрес-тестовете.
В Института се обучават и много докторанти – през последните 15 години в него са защитени над 45 докторски дисертации. Шест докторанти са от Атомната централа в Козлодуй. Но проблемът с недостига на млади учени все още не е решен.
През 2015 г. Институтът получава наградата на „Томпсън-Ройтерс“ за изключителен принос към глобалните научни изследвания, а през 2018 г. – наградата на Elsevier за постижения в областта на телескопите, гама лъченията и високоенергетичните частици.
Институтът участва и в изграждането на Център за компетентност по квантова комуникация, интелигентни системи за сигурност и управление на риска – КВАЗАР. „Квантовата комуникация се оказва изключително необходима – казва доц. Георгиев. – Започнахме да готвим проекта за Центъра през 2015 г. А през 2019 г. 7 страни от ЕС подписаха инициативата „Европейска квантовокомуникационна инфраструктура“ (EuroQCI). Тя е приоритет на Еврокомисията, която цели до 2027 г. да се изгради следващо поколение наземна и космическа комуникационна инфраструктура. Тя трябва да осигури европейския суверенитет и стратегическа автономност в областта на комуникационната сигурност. България подписа дек-
ларацията за присъединяване към тази инициатива през 2020 г. Започна и изграждането на съвместна квантовокомуникационна инфраструктура с финансиране от прог-
рама „Цифрова Европа“ (Digital Europe Programme).“
Центърът за компетентност КВАЗАР подготвя националния проект за изграждане на квантовокомуникационна инфраструктура в България и го предава в ЕК през март 2022 г. А през ноември 2022 г.
Центърът подписа споразумение с ЕК по програма „Цифрова Европа“ за изграждане на националния квантово-комуникационен план. Проектът е на стойност 10 млн. евро. Това е изключителен успех, подчертава директорът на ИЯИЯЕ, защото 3 – 4 страни членки не успяват да подадат такива проекти в ЕК и ще им се наложи да си ги финансират сами. В Еврокомисията са разбрали необходимостта от изграждане на такава квантовокомуникационна инфраструктура заради бързо развиващите се суперкомпютри и навлизането на т.нар. квантови компютри, които са сериозна заплаха за комуникационната сигурност.
Националният план включва изграждането на две квантовокомуникационни мрежи. Една в София, която ще свързва държавни институции, а втората ще бъде по трасето от София до Кулата с идеята за изграждане на оптичен интерконектор. Става дума за наземни трасета с оптични влакна, които се изграждат в наличните мрежи на телекомуникационните оператори. Идеята е да се осъществи връзка между нашата национална квантовокомуникационна инфраструктура и гръцката през Кулата – Промахон.
В Института има лаборатория за квантова комуникация, където се правят обучения. По-миналата година центърът за компетентност КВАЗАР участва в тестове в оптичната мрежа на А1, където се осъществява квантова комуникация до 51 км.
„Първата фаза на националния план е демонстрационна – за запознаване с предимствата на квантовата криптография – обяснява доц. Георгиев. – ЕК има и втора фаза – за пълномащабно изграждане на квантовокомуникационна инфраструктура. Квантова криптография означава, че при преноса на информация се генерира секретен ключ в момента. Класическата криптография се базира на трудни за решаване математически задачи, но квантовите компютри могат бързо да ги разбият. Китайски учени наскоро публикуваха статия, в която се казва, че са намерили начин да разбият сегашните криптографски алгоритми. Т.е. вече има квантови компютри, които могат да компрометират съществуващата система за киберзащита. Квантовите системи не позволяват подслушване.“

Нов циклотронен център

Една от амбициите на Ядрения институт е да построи Национален циклотронен център, в който да се произвеждат радиоизотопи за образната диагностика в медицината.
„Получихме дарение от департамента по енергетика на американското посолство от 3 млн. долара. И дарение от АЕЦ „Козлодуй“ от 2 млн. долара. С тези пари след година усилия успяхме да купим машината циклотрон – обяснява доц.
Георгиев. – Проектирането на сградата, в която тя ще бъде разположена, заедно с лабораториите се оказа нетривиална задача. Направихме обществена поръчка и фирмата, която я спечели, започна да я изпълнява. Но в един момент се оказа, че тя няма достатъчно специалисти, и се наложи да прекратим договора, при това с голямо закъснение. В момента водим съдебно дело за обезщетение срещу изпълнителя. И тъй като то не е приключило, не готвим нова поръчка. Задачата е толкова специфична, че в България няма компания, която да проектира сградата. А чуждестранните компании не могат сами да го направят, защото цялата документация трябва да е на български език. Тоест необходим е консорциум между българска фирма и чуждестранна. Но сме убедени, че въпреки забавянето ще продължим да изпълняваме поръчката.
У нас има циклотрон, който произвежда само един изотоп за ПЕТ скенери, но се продава на много висока цена. Предимството на нашия циклотрон е, че ще може да произвежда много повече радиоизотопи, необходими в медицината. И когато заработи, ще свали цените. Освен това се надяваме да привлечем млади хора да работят в областта на радиофармацията.“