La crittografia quantistica che utilizza singoli fotoni è una tecnica promettente per aumentare la sicurezza dei sistemi di comunicazione e delle reti di dati, ma ci sono sfide nell'applicare il metodo su grandi distanze a causa delle perdite di trasmissione. L'uso dell'amplificazione ottica convenzionale non aiuta poiché interrompe il collegamento quantistico tra mittente e destinatario, ma i fisici in Europa hanno trovato una soluzione – l'annunciata amplificazione dei fotoni – e l'hanno messa alla prova.
Il gruppo, che comprende ricercatori dell'Università di Ginevra e della Delft University of Technology, ha dimostrato la tecnica su una distanza simulata di 50 km, riportando i suoi risultati sulla rivista Scienza e tecnologia quantistica . Il lavoro è pubblicato come parte di un numero di focus sul tema della crittografia quantistica e delle reti quantistiche.
"Nella comunicazione classica, gli amplificatori sono usati per rigenerare il segnale. Però, nel regime quantistico questo aggiunge troppo rumore e distrugge la coerenza degli stati quantistici, " ha spiegato Robert Thew, che co-guida il Quantum Technologies Group presso l'Università di Ginevra. "Nei nostri esperimenti, superiamo questa limitazione sfruttando un approccio basato sul teletrasporto, che può essere pensato come un canale senza perdite."
Oggi, quando inviamo informazioni sensibili su Internet, ci affidiamo a espressioni matematiche difficili da risolvere per proteggere i nostri dati da intercettazioni. Però, questo approccio è vulnerabile ad attacchi futuri poiché i computer diventano più capaci di trovare risposte a questi problemi numerici.
Per aggirare il problema, i fisici sono stati impegnati nello sviluppo di schemi alternativi per la generazione di chiavi sicure basate non su espressioni matematiche, ma sul comportamento quantistico di singole particelle di luce – fotoni. Cosa c'è di più, non solo queste tecniche sono impossibili da decifrare con mezzi convenzionali, avvertono anche di intercettazioni. Queste sono le cosiddette chiavi quantistiche.
Come sottolineano i ricercatori, una delle principali applicazioni dell'annunciata amplificazione di fotoni è per la cosiddetta distribuzione di chiavi quantistiche indipendente dal dispositivo, un approccio volto a certificare la sicurezza di una connessione con ipotesi minime sul sistema stesso e sulla tecnologia sfruttata.
Al centro dell'approccio c'è l'idea concettualmente semplice di inviare un singolo fotone su un divisore di fascio 50/50 per generare l'entanglement. La ripetizione del processo in successione e il monitoraggio dell'output dei rilevatori di fotoni singoli fornisce gli elementi costitutivi per lo studio dei protocolli di comunicazione quantistica.
Facendo un ulteriore passo avanti, è possibile distribuire l'intreccio tra due posizioni, generazione di una chiave univoca per la crittografia della trasmissione dei dati.
"Il singolo fotone, o percorso impigliato, lo schema che stiamo usando è anche strettamente connesso ai ripetitori quantistici in termini di come l'entanglement è distribuito in queste soluzioni di rete a lunga distanza e completamente quantistiche, " ha commentato Thew. "Il nostro prossimo passo è sviluppare sorgenti di fotoni annunciate compatte e più efficienti che possono essere distribuite più facilmente, permettendoci di spingere questo tipo di esperimenti nelle reti del mondo reale".
