LA RUBRICA ASI

Tlc quantistiche, fibra + satellite per l’infrastruttura europea EuroQci

Il progetto della Commissione Ue conta sul supporto dell’Agenzia Spaziale europea. Garantirà un ulteriore livello di protezione dei dati sensibili. Il ricercatore Asi Daniele Dequal: “Si può generare un sistema di sicurezza che non può essere bucato da nessun supercomputer”

17 Apr 2023

Luca Mingotti Landriani

space Asi
Schema del funzionamento della quantum key distribution

L’articolo è stato pubblicato sulla rivista Spazio 2050

Viviamo in un’epoca in cui ogni giorno, tramite i nostri dispositivi – smartphone, computer e tablet – quasi senza rendercene conto, trasmettiamo e riceviamo una enorme quantità di dati, molti dei quali contengono informazioni altamente sensibili: basti pensare a settori quali l’e-commerce o l’home banking. È dunque essenziale assicurarsi che la loro trasmissione sia non solo rapida, ma soprattutto sicura. Per questo, la Commissione Europea sta lavorando allo sviluppo di EuroQci, un’infrastruttura all’avanguardia composta da una rete terrestre con collegamenti in fibra ottica e da un segmento spaziale, Saga, basato su satelliti

La novità di EuroQci

La grande novità di EuroQci è quella di sfruttare la meccanica quantistica per accrescere il proprio livello di sicurezza cibernetica: la chiave sta nel sistema di crittografia, noto come quantum key distribution (qkd). Ne spiega il perché Daniele Dequal, ricercatore in Asi e advisor per le telecomunicazioni ottiche e quantistiche nella delegazione italiana dell’Esa che lavora allo sviluppo di Saga. Grazie alla qkd, afferma Dequal, Si può generare un sistema di sicurezza che non può essere bucato da nessun supercomputer classico e nemmeno quantistico“, un grande passo avanti rispetto agli odierni sistemi di crittografia, come quella a chiave pubblica, che sono invece vulnerabili al potenziale attacco da parte di calcolatori quantistici. 

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Il ruolo della meccanica quantistica

Ma dove entra, precisamente, la meccanica quantistica? In una fase molto precisa: la generazione della chiave crittografica, ossia il codice che permette a chi lo possiede di decifrare un messaggio criptato. Nella qkd, il mittente – che qui diremo Alice – genera una sequenza casuale di bit da trasmettere al ricevente – che chiameremo Bob.  

Ogni bit viene codificato da Alice in una tra due date grandezze di una particella, impossibili da misurare simultaneamente con assoluta precisione: questo è garantito dal principio di indeterminazione, uno dei pilastri della meccanica quantistica. Per decodificare ciascun bit, anche Bob sceglierà una delle due grandezze tra loro incompatibili: se questa corrisponde a quella selezionata da Alice, allora Bob potrà effettivamente risalire al bit in questione, altrimenti l’informazione andrà persa. In questo modo, Alice e Bob otterranno, dalla sequenza di bit originale, un sottoinsieme casuale di bit: questo formerà la chiave crittografica cercata. Il vantaggio della qkd sta nel fatto che è molto facile rendersi conto se è presente un intercettatore tra Alice e Bob: in tal caso, infatti, lo stato quantico delle particelle viene perturbato, «creando un errore di comunicazione misurabile tra mittente e destinatario», dichiara Dequal. 

EuroQci, iniziato nel 2019, non solo salvaguarderà i dati sensibili di tutta l’Ue, ma ci insegnerà anche una grande lezione: la meccanica quantistica è molto più vicina alle nostre vite di quanto potremmo pensare. 

Schema del funzionamento della quantum key distribution

Alice manda a Bob una sequenza di bit, ciascuno dei quali è codificato nella polarizzazione di un fotone che attraversa uno tra due possibili filtri polarizzatori: orizzontale-verticale oppure diagonale. Se Bob sceglie di misurare la polarizzazione utilizzando la stessa base del filtro, allora riuscirà a decodificare il bit, che andrà a comporre la chiave crittografica. 

L’esperimento di Matera: perché Saga funzionerà 

Per implementare il segmento spaziale di EuroQci, è importante assicurarsi che le particelle trasmesse nello spazio – in questo caso fotoni – non siano soggette a effetti atmosferici che potrebbero perturbarne lo stato quantico, producendo errori nella qkd. Per questo è stato realizzato un importante esperimento, tra i primi di questo tipo, al quale hanno collaborato l’Università di Padova e il Centro Spaziale Asi di Matera. I ricercatori coinvolti nell’esperimento hanno sfruttato dei satelliti già in orbita per simulare un sistema quantistico di trasmissione delle informazioni: l’invio di un fotone alla volta al satellite, tornato a terra dopo essere stato opportunamente riflesso. I risultati dell’esperimento hanno dimostrato che una grandezza caratteristica dei fotoni, la polarizzazione, si preserva nel loro tragitto e quindi permette la codifica dei bit: un risultato cruciale in vista dell’implementazione di Saga. 

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