Un team americano che riunisce ricercatori del Photonics Communication and Computing Center (CPCC) e dell’International Center for Advanced Internet Research (ICAIR) della Northwestern University in Illinois ha compiuto un significativo passo avanti nel campo della comunicazione quantistica eseguendo il teletrasporto quantistico su cavi in fibra ottica già utilizzati per il traffico Internet convenzionale. Questo importante passo avanti suggerisce la possibilità di integrare questo tipo di comunicazione nelle infrastrutture esistenti, evitando così la costosa costruzione di reti dedicate e aprendo la strada a scambi di informazioni più rapidi e intrinsecamente sicuri.
Questa coesistenza tra dati quantistici e classici sullo stesso mezzo fisico era precedentemente considerata improbabile a causa della fragilità dei segnali quantistici. La trasmissione di singoli fotoni, portatori di informazione quantistica, attraverso cavi saturi di milioni di particelle di luce classica sembrava essere un ostacolo insormontabile. Basti dire che i ricercatori sono riusciti a realizzare una vera impresa sperimentale.
Teletrasporto di stati quantistici per trasmettere informazioni
IL teletrasporto quantistico non consiste nel trasporto fisico in quanto tale delle informazioni. Si basa sul principio dell'entanglement quantistico, dove due particelle sono collegate in modo tale che la loro stati quantistici – cioè tutte le informazioni e tutte le caratteristiche disponibili su di essi – sono correlate, qualunque sia la distanza che le separa. Invece di inviare fisicamente l’informazione, trasferiamo lo stato quantistico da una particella all’altra, come se l’informazione fosse “teletrasportata” da un punto all’altro.
In pratica, l’informazione quantistica è codificata fotoni unici, mentre i segnali classici utilizzano milioni di fotoni. La comunicazione quantistica, potenzialmente limitata solo dalla velocità della luce, promette scambi di informazioni quasi istantanei e maggiore sicurezza: l’assenza di trasmissione fisica delle informazioni elimina ogni rischio di intercettazione durante il viaggio, a differenza dei sistemi tradizionali.
La sfida principale era evitare interferenze tra i segnali quantistici estremamente sensibili e il massiccio flusso di dati classici. I ricercatori hanno risolto questo problema identificando lunghezze d'onda specifiche in cui la diffusione della luce è minima. Posizionando i fotoni quantistici in queste finestre spettrali e utilizzando filtri speciali per ridurre il rumore generato dalle trasmissioni classiche nelle fibre ottiche, sono riusciti a preservare l'integrità dell'informazione quantistica. L'esperimento, condotto su una distanza di circa trenta chilometri, ha dimostrato la fattibilità del metodo: i risultati hanno mostrato che il teletrasporto quantistico, anche in presenza di un traffico Internet significativo, poteva essere effettuato senza perdite significative di qualità.
Chiavi quantistiche per rilevare qualsiasi tentativo di intercettazione
Un esperimento complementare si è svolto in Italia, dove è nata la collaborazione tra Retelit (azienda leader italiana di telecomunicazioni B2B), il system integrator specializzato in telecomunicazioni, soluzioni digitali e mobilità elettrica Telebit e ThinkQuantum (società spin-off dell'Università di Padova) riuscito a utilizzare il distribuzione delle chiavi quantistiche (Distribuzione delle chiavi quantisticheo QKD) per proteggere i dati trasmessi su cavi in fibra ottica. Questo metodo si basa sui principi della meccanica quantistica e più particolarmente consente di generare e distribuire chiavi di crittografia in modo sicuro. Assicura che mittente e destinatario siano a conoscenza di qualsiasi tentativo di intercettazione e quindi interrompe la comunicazione, rendendo impossibile qualsiasi furto di dati.
L'esperimento è stato condotto su diversi chilometri di fibra ottica tra Treviso e la città di Mestre nel Veneto, dimostrando che la QKD può coesistere con i classici canali dati, qui utilizzando anche frequenze diverse sulla stessa fibra.
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Il teletrasporto quantistico deve ancora lasciare il laboratorio
I ricercatori ora intendono estendere i loro esperimenti su distanze più lunghe e con più coppie di fotoni entangled, per dimostrare il concetto di scambio di entanglement, un altro passo importante verso le reti quantistiche distribuite. L’obiettivo a lungo termine è condurre esperimenti al di fuori dei laboratori in cui le condizioni sono controllate, per convalidare la rilevanza di questi progressi nelle condizioni operative. L’adattamento di queste tecnologie alle reti di comunicazione reali resta una sfida importante, perché il passaggio ai cavi sotterranei e su lunghe distanze potrebbe generare nuove difficoltà: l’entanglement quantistico è un fenomeno fragile, sensibile alle interferenze e alla perdita di coerenza.
La strada da fare è ancora lunga: rendere la comunicazione quantistica accessibile a tutti e trasformare il modo in cui comunichiamo e scambiamo informazioni richiederà ancora sforzi considerevoli, con molti ostacoli ancora da superare. Pensiamo in particolare ai costi associati alla produzione di componenti quantistici, sorgenti di singoli fotoni, rilevatori o addirittura dispositivi di controllo…
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Fonte :
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