Le proprietà quantistiche vengono utilizzate attualmente per comunicazioni sicure, attraverso protocolli quantistici che implicano l’utilizzo dei qubit e di chiavi quantistiche. In futuro si potrebbe arrivare ad un internet quantistico, almeno per quei dati sensibili per i quali la sicurezza dev’essere garantita.
Paesi come la Cina o gli Stati Uniti hanno già reti di trasmissione dati che utilizzano protocolli quantistici per garantire la sicurezza dei dati trasmessi, a prova di hacker. In Cina, per esempio, i dati vengono trasmessi fra Beijing e Shanghai, dunque per una distanza di 2.032 km, attraverso una rete che sfrutta una chiave quantistica per criptare e decriptare i dati: la cosiddetta QCD (Quantum Key Distribution). Anche negli Stati Uniti una startup, Quantum Xchange, utilizza un protocollo simile per trasmettere i dati su una distanza di circa 800 km attraverso un cavo ottico. La prima parte di questo cavo trasmette dati fra Manhattan e New Jersey, fra centri dati di grandi banche.
Meccanica quantistica e Internet
Come mai si pensa di utilizzare la meccanica quantistica, uno dei pilastri della fisica moderna, e le sue bizzare proprietà per una futura Internet quantistica? La parola d’ordine è sicurezza delle comunicazioni. Quasi ogni giorno sentiamo di hacker che hanno rubato le informazioni delle carte di credito o che sono venuti in possesso di dati sensibili attraverso virus o metodi utili a rubare l’informazione che circola attraverso Internet. Questo perché le informazioni che circolano sull’attuale rete sono rappresentate da bit, ovvero una serie di impulsi che rappresentano 0 o 1. Gli hacker possono copiare quest’informazione e decriptarla oppure inserirsi in una rete considerata sicura e che non lo è.
In questa situazione la meccanica quantistica rappresenta una possibile soluzione per una comunicazione sicura, quantistica, attraverso i cosiddetti qubit, che rappresentano una sovrapposizione di 0 e 1 simultaneamente (ovvero sono basati sulla sovrapposizione di stati, propria della meccanica quantistica).
Le leggi della quantistica proteggono la trasmissione dei dati attraverso i qubit in quanto un eventuale hacker che si inserisse in rete per copiare/osservare i dati farebbe collassare lo stato quantistico che non sarebbe più un qubit, una sovrapposizione di 0 e 1, ma soltanto un 1 oppure uno 0. Qualora un hacker, pertanto, modificasse i dati, lasciarebbe delle tracce in grado di identificare l’intrusione e interrompere la trasmissione dei dati.
Come si trasmettono i dati attraverso la comunicazione quantistica?
Attualmente viene utilizzato un protocollo che impiega la cosiddetta quantum key distribution (QKD) per criptare i dati. QKD implica una trasmissione doppia: i dati criptati vengono trasmessi attraverso un canale classico (utilizzando i bit), mentre la chiave per decriptarli viene trasmessa utilizzando i qubit. Sono stati studiati vari protocolli per la chiave quantistica e attualmente quello più utilizzato è il protocollo di Charles H. Bennett e Gilles Brassard del 1984, denominato BB84.
Un limite per la trasmissione dei fotoni c’è: questi vengono assorbiti nei cavi ottici e possono attraversare soltanto qualche decina di kilometri. Abbiamo però detto che si utilizzano già reti di diversi km, basate su questo principio. Questo è possibile grazie ai “ripetitori quantistici”. In questi ripetitori, 32 nel caso della rete fra Beijing e Shanghai, le chiavi quantistiche sono decriptate in bit (classici) e re-criptate in qubit, amplificando il segnale, fino al prossimo nodo. Ovviamente questo è un rischio, in quanto durante la trasformazione in bit gli hacker potrebbero rubare i dati. Servirebbero dei nodi a loro volta quantistici: che trasformano i qubit in qubit senza passare attraverso i bit, cosa al momento non ancora messa in pratica.
I primi passi verso una rete quantistica sono stati fatti, ma la strada è ancora lunga e per il futuro si prevedono altre modalità di trasmissione dei dati rispetto alla BB84, come per esempio il teletrasporto si cui vi parlerò in un prossimo articolo.
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