I computer quantistici rappresentano una grande minaccia per la sicurezza delle comunicazioni moderne, decifrare codici crittografici che impiegherebbero un'eternità a decifrare i normali computer. Ma attingere alle proprietà del comportamento quantistico potrebbe anche fornire un percorso per una crittografia veramente sicura.

Difesa, finanza, social networking:ovunque le comunicazioni si basano sulla sicurezza crittografica. La crittografia implica l'accostamento di messaggi secondo un codice, o chiave, che ha troppe combinazioni anche per computer molto potenti da provare.

Ma i computer quantistici hanno un vantaggio. A differenza dei normali computer, che elaborano le informazioni in 'bit' di uno e zero definiti, i computer quantistici elaborano le informazioni in 'qubit, "i cui stati restano incerti fino al computo finale.

Il risultato è che un computer quantistico può effettivamente provare molte chiavi diverse in parallelo. La crittografia che sarebbe impenetrabile per i normali computer potrebbe impiegare pochi secondi per decifrare un computer quantistico.

I computer quantistici pratici che possono essere utilizzati per violare la crittografia dovrebbero richiedere anni, se non decenni, via. Ma questo non dovrebbe essere rassicurante:anche se un hacker non può decifrare informazioni riservate ora, potrebbero salvarlo e semplicemente aspettare che sia disponibile un computer quantistico.

"Il problema esiste già, " ha affermato il professor Valerio Pruneri dell'Istituto di scienze fotoniche di Barcellona, Spagna, e il coordinatore di un progetto di sicurezza quantistica chiamato CiViQ. "Un hacker può prendere ciò che è memorizzato ora, e rompere la sua chiave in un secondo momento."

La risposta, dice il prof. Pruneri, è un'altra tecnologia quantistica. Conosciuto come distribuzione di chiavi quantistiche (QKD), è un insieme di regole per crittografare le informazioni, noto come protocollo di crittografia, che è quasi impossibile da decifrare, anche dai computer quantistici.

Origliare

QKD coinvolge due parti che condividono una chiave quantistica casuale, secondo il quale vengono codificate alcune informazioni separate. Perché nella teoria quantistica è impossibile osservare qualcosa senza corromperlo, le due parti sapranno se qualcun altro ha origliato la chiave e quindi se è sicura, o no, per condividere le loro informazioni codificate.

Fino ad ora, QKD ha solitamente coinvolto tecnologie specialistiche, come rivelatori ed emettitori a singolo fotone, che sono difficili da implementare per le persone al di fuori dei laboratori. Nel progetto CiViQ, però, Il prof. Pruneri e il suo team stanno sviluppando una variante di QKD che funziona con la tecnologia di telecomunicazioni convenzionale.

Hanno già creato prototipi, e ha eseguito alcune dimostrazioni sul campo. Ora, i ricercatori stanno lavorando con clienti del settore delle telecomunicazioni, tra cui Telefónica in Spagna, Orange in Francia e Deutsche Telekom in Germania per creare sistemi che funzionino secondo le rispettive esigenze, con la speranza che i primi sistemi possano essere online entro tre anni.

L'auspicio del Prof. Pruneri è quello di creare sistemi di comunicazione altamente sicuri fino a 100 km di dimensione adatti a enti governativi, finanza, medici e altri settori ad alto rischio all'interno delle città. Potrebbe anche essere utilizzato dai consumatori di tutti i giorni, sebbene il Prof. Pruneri affermi che QKD attualmente raggiunge distanze più brevi e velocità inferiori rispetto alla normale comunicazione.

A caso

Come la normale crittografia, QKD ha bisogno di chiavi casuali, stringhe di numeri, da generare in primo luogo. Più casuali sono queste chiavi, maggiore è la sicurezza del sistema, poiché ci sono meno possibilità che le chiavi vengano indovinate. Ma il problema è che i numeri generati con i metodi tradizionali spesso non sono del tutto casuali.

Qui, la meccanica quantistica può ancora venire in soccorso. Il comportamento degli atomi si crede che i fotoni e gli elettroni siano veramente casuali e questo può essere usato come un modo per generare numeri che non possono essere previsti.

Il professor Hugo Zbinden dell'Università di Ginevra in Svizzera ha dichiarato:"I generatori di numeri casuali quantistici traggono profitto dalla casualità intrinseca della fisica quantistica, considerando che i classici generatori di numeri casuali veri si basano su sistemi caotici, che sono deterministici e, in teoria, in una certa misura prevedibile".

I generatori di numeri casuali quantistici esistono già, ma per renderli più ampiamente applicabili il Prof. Zbinden e i suoi colleghi che lavorano su un progetto chiamato QRANGE stanno migliorando la loro velocità e affidabilità, oltre a ridurre il loro costo. Attualmente, stanno cercando di sviluppare prototipi con un "livello di prontezza tecnologica elevato" - in altre parole, prototipi che dimostrano che la tecnologia è matura per l'uso nel mondo reale.

Il lavoro è un passo importante per garantire che, pur essendo una minaccia alla sicurezza delle nostre comunicazioni attuali, gli approcci quantistici forniscono anche un percorso verso sistemi più sicuri.

I computer quantistici minacciano la crittografia classica, " afferma il Prof. Zbinden. "La crittografia quantistica può essere una soluzione, (ma) ha bisogno di numeri casuali di alta qualità."