Lavorare insieme per proteggere i sistemi di comunicazione del futuro
Gli attuali sistemi di comunicazione potrebbero nel futuro essere vulnerabili ad alcune tecnologie, come i potenti computer quantistici, in grado di violare gli attuali protocolli di crittografia. Per far fronte a questo problema, un team di ricercatori sta lavorando allo sviluppo di reti di comunicazione basate sull’informatica quantistica, con l’obiettivo di garantirne la stabilità e la sicurezza. La combinazione di competenze provenienti da entrambe le sponde dell’Atlantico contribuirà ad accelerare la diffusione di questa soluzione sia negli Stati Uniti che nell’UE. «La comunicazione quantistica è una tecnologia a prova di futuro che consente di comunicare in maniera sicura indipendentemente dagli sviluppi tecnologici e dalle invenzioni che ci riserverà il futuro», spiega Klaus Jöns(si apre in una nuova finestra), coordinatore del progetto Qurope e ricercatore presso l’Università di Paderborn(si apre in una nuova finestra), in Germania. Queste reti di comunicazione a prova di futuro potrebbero inoltre rivoluzionare la trasmissione dei dati e inaugurare l’era dell’Internet quantistico. «Una rete quantistica può mettere in connessione vari dispositivi abilitati in tal senso, consentendo lo scambio di informazioni quantistiche tra nuovi sensori o computer», osserva Jöns. «Senza comunicazione quantistica, i futuri dispositivi quantici opereranno come dei guerrieri solitari isolati, privi della connettività su cui si basano le loro controparti classiche.»
La necessità di un’infrastruttura di rete
Qurope, un consorzio transatlantico composto da scienziati provenienti da Europa, Regno Unito e Stati Uniti, ha cercato di far progredire le reti quantistiche sviluppando una nuova architettura ibrida di ripetitori quantici. Alcune informazioni quantistiche possono andare perse quando i fotoni viaggiano attraverso le fibre ottiche; tale problema, tuttavia, viene risolto dai ripetitori quantici, in grado di dividere la distanza tra i comunicatori. Il consorzio ha potuto testare vari sistemi di memoria quantica grazie all’accesso all’infrastruttura di rete quantistica sviluppata dai partner statunitensi. «La collaborazione è stata fondamentale, in quanto ha permesso di concentrarsi sul quadro generale», aggiunge Jöns. «Abbiamo bisogno di un’infrastruttura di rete quantistica compatibile a livello mondiale, per cui il team della Stony Brook University negli Stati Uniti guidato da Eden Figueroa(si apre in una nuova finestra) ha creato una rete di questo tipo. Abbiamo imparato molto dalla tradizionale infrastruttura utilizzata dall’équipe per creare questa rete, come l’impiego dell’architettura di White Rabbit(si apre in una nuova finestra) quale meccanismo di sincronizzazione per le reti quantistiche.»
Applicazioni quantistiche nel mondo reale
Il nuovo sistema di ripetizione quantistica di Qurope si basa su due innovative tecnologie sperimentate durante il progetto: coppie di fotoni in correlazione quantistica con lunghezze d’onda sintonizzabili e funzionamento su richiesta, e «memorie quantistiche» a banda larga concepita per memorizzare e recuperare fotoni in entanglement. Nel corso del progetto, la squadra ha lavorato su un’architettura di ripetitori quantistici di seconda generazione basata su misurazioni a due fotoni, un’architettura che richiede sorgenti di coppie di fotoni entangled su richiesta e memorie quantistiche assorbenti. «Se riusciamo a interfacciare in modo efficiente le diverse tecnologie, le architetture a due fotoni promettono tassi di qubit molto più elevati rispetto ai protocolli a singolo fotone», spiega Jöns. I ricercatori hanno testato entrambi gli elementi costitutivi in maniera separata per poi interfacciarli in laboratorio, prima di testare il sistema in applicazioni reali per la distribuzione a chiave quantistica attraverso reti in fibra e collegamenti nello spazio libero. «Il nostro consorzio è riuscito a teletrasportare bit quantistici utilizzando due sorgenti di luce quantistica indipendenti su reti in fibra e collegamenti nello spazio libero, un obiettivo mai raggiunto in precedenza tramite punti quantici semiconduttori»,osserva Jöns.
Lanciare la tecnologia di rete quantistica
La collaborazione e la determinazione dei ricercatori hanno spianato la strada all’implementazione su larga scala di una comunicazione quantistica efficiente e sicura. Sulla base dei risultati positivi ottenuti dal progetto Qurope, diversi partner hanno avviato progetti di follow-up in seno all’UE al fine di far progredire il livello di maturità tecnologica del sistema di ripetitori quantistici. «Ci siamo inoltre uniti a una società(si apre in una nuova finestra) impegnata nello sviluppo di hardware per reti quantistiche insieme ad altri ricercatori, con l’obiettivo finale di diffondere la tecnologia delle reti quantistiche», conclude Jöns.