E’ made in Italy la prima comunicazione quantistica via satellite

Fino ad oggi siamo sempre stati abituati a parlare di calcolo e comunicazione in termini di bit, di cifre binarie. Un alfabeto fatto di “zeri” e “uni”.

All’orizzonte, però, si prospetta una nuova tipologia di comunicazione che vede protagonisti i quantum-bit (o abbreviati, qubit). Con questa terminologia, introdotta dal fisico Benjamin Schumacher, si fa riferimento al bit quantico, ovvero l’unità di informazione quantistica.

qoqms.phys.strath.ac.uk

Il quanto di informazione è la più piccola porzione in cui una qualsiasi informazione codificata può essere scomposta; è quindi l’unità di misura dell’informazione codificata. Così come il bit è il quanto di informazione della computazione classica, la computazione quantistica si basa sul concetto di quantum bit.

In particolare, la nuova tecnologia si basa sulla lettura degli stati quantici di singoli fotoni (quanti di luce), sul trasferimento corretto degli stati quantici e il loro contenuto di informazione.

E la ricerca italiana sta giocando un ruolo fondamentale in questo campo. Infatti è stato publicato sulla rivista Physical Review Letters lo studio “Experimental satellite quantum communications”, condotto da un team coordinato dall’Università di Padova. Il lavoro è il risultato di cinque anni di ricerche, condotte da ricercatori italiani del dipartimento di Ingegneria dell’Informazione dell’Università di Padova e dal Centro di Geodesia spaziale di Matera, finanziate nell’ambito del progetto strategico di ateneo QuantumFuture.

“Questi studi rispondono alla richiesta sempre crescente della società di scambiare informazioni in modo sicuro, soprattutto a seguito dei massicci attacchi della privacy degli ultimi anni”, spiega Paolo Villoresi, docente di fisica sperimentale all’Università di Padova e coordinatore del team di ricerca. “I metodi utilizzati finora -prosegue- basano la loro sicurezza su algoritmi matematici complessi. In questo modo, però, sia il trasmettitore che il ricevitore del messaggio devono essere già in possesso della chiave che permetta loro di codificare i messaggi e di decifrarli. La crittografia quantistica, invece, è l’unica tecnica che permette di scambiare una chiave crittografica privata e sicura a distanza, senza necessità di accesso fisico al trasmettitore o al ricevitore”.

Tale tecnologia rivestirà grande importanza nelle comunicazioni spaziali. Ma l’interesse nei confronti della comunicazione quantica non è rappresentato solo dalla segretezza dell’informazione, ma anche da fedeltà e autenticità della stessa. Si pensi ad esempio al nuovo sistema europeo di posizionamento satellitare Galileo o alle operazioni finanziarie.

La ricerca italiana ha visto superare i tradizionali dispositivi commerciali che sfruttavano le stesse proprietà, ma avevano una copertura di 200 Km. Infatti, l’esperimento del team italiano è riuscito a effettuare una trasmissione di circa 1700 Km, per la prima volta lungo un canale tra lo spazio e la terra (fino ad ora i dispositivi si basavano su fibra ottica).

Per lo studio sono stati utilizzati alcuni satelliti dedicati alla geodesia terrestre, dotati di particolari retro-riflettori (corner cube), tramite i quali sono state simulate le funzioni di un trasmettitore quantico in orbita.

Grande interesse è stato dimostrato da parte degli Stati Uniti: dal 2013, infatti, la comunicazione quantistica è tra gli accordi bilaterali Italia-USA per la collaborazione scientifica.