Ricercatori spagnoli hanno sviluppato una rete di crittografia quantistica integrata in una rete ottica commerciale attraverso tecnologie basate su reti definite da software (SDN), consentendo l'implementazione di servizi di rete quantistici e classici in modo flessibile, modo dinamico e scalabile.

La rete utilizza un'infrastruttura di fibra fornita da Telefonica Spagna che collega tre strutture situate nell'area metropolitana di Madrid. Il processo è in corso dallo scorso maggio, e un rapporto preliminare è stato recentemente presentato a QCRYPT2018, la più grande conferenza del settore.

La rete integra dispositivi di distribuzione delle chiavi quantistiche (QKD) sviluppati dal Huawei Research Lab di Monaco. L'integrazione di tutti gli elementi tecnologici ha permesso di dimostrare che le tecniche QKD possono essere applicate in un ambiente di produzione reale, combinando la trasmissione di dati e chiavi quantistiche sulla stessa fibra.

La gestione dei canali quantistici e classici avviene in maniera integrata tramite tecniche SDN, condividere la rete ottica in modo ottimale. Il fatto che questo sia stato sviluppato su un'infrastruttura esistente utilizzando sistemi di comunicazione standard evidenzia la maturità di questa tecnologia, che consente il passaggio tra collegamenti che collegano punti che possono essere distanti fino a 60 chilometri.

Venti canali possono condividere la stessa fibra nella stessa banda ottica che utilizza il canale quantistico, consentendo la trasmissione simultanea di segnali quantistici con più di due terabyte al secondo di dati nelle reti dell'area metropolitana quando si utilizzano moduli standard da 100 gigabyte al secondo.

Una soluzione quantistica di sicurezza avanzata

Le comunicazioni sicure si basano sulla crittografia, in cui le informazioni vengono crittografate utilizzando una chiave segreta. Solo gli utenti che conoscono la chiave di decrittazione possono accedere ai messaggi segreti. Le tecniche crittografiche attualmente in uso per scambiare chiavi o firmare elettronicamente documenti si basano su problemi matematici che richiedono tempi eccessivi per essere risolti, divieto di intrusioni. Però, all'aumentare della capacità di calcolo, il tempo per la soluzione è ridotto, insieme alla sicurezza di questi metodi.

Per evitare questo problema, la dimensione delle chiavi ha dovuto aumentare con l'aumentare della capacità di calcolo. Queste tecniche possono essere rese completamente obsolete con l'emergere di computer quantistici in grado di risolvere problemi attualmente intrattabili utilizzando i principi della meccanica quantistica. Questi includono la violazione delle chiavi generate dai metodi crittografici più utilizzati, rendendo inutile la maggior parte dell'infrastruttura di sicurezza delle comunicazioni.

Tuttavia, le tecnologie quantistiche offrono una soluzione alla vulnerabilità dei metodi attuali. Con queste tecnologie, è possibile applicare principi quantistici per generare una chiave segreta attraverso un canale di comunicazione pubblico, in modo che la chiave sia al sicuro contro qualsiasi attacco, incluso uno da un computer quantistico. La tecnologia quantistica consente persino di rilevare immediatamente qualsiasi tentativo di attacco.

Tecnologie quantistiche

La distribuzione delle chiavi quantistiche è una di queste tecnologie. Non solo risolve il problema della minaccia posta dalla computazione quantistica agli algoritmi di generazione di chiavi crittografiche già in uso, può anche fornire un livello di sicurezza molto più elevato. QKD richiede un'infrastruttura fisica di fibre ottiche, come quello fornito da Telefónica Spagna utilizzato per collegare i centri di comunicazione nel programma pilota.

Fino ad ora, la fattibilità di QKD è stata dimostrata in laboratori e in prove sul campo controllate, ma ci sono sempre stati problemi con la capacità di distribuirlo su un'infrastruttura commerciale e di integrarlo con i meccanismi operativi di tale infrastruttura. Questa esperienza dimostra che è possibile superare questi ostacoli.

Nella rete, è stata inoltre utilizzata una nuova tecnologia quantistica per la distribuzione di chiavi quantistiche basata su "variabili continue" QKD (CV-QKD) più compatibile con le tecnologie classiche rispetto a quelle esistenti. La combinazione di queste tecnologie ha consentito una rete integrata completa di comunicazioni classiche e quantistiche.

Lo spiegamento su un'infrastruttura di comunicazione esistente e l'uso di sistemi di telecomunicazione standard che è stato ottenuto in questo processo è il primo del suo genere, dimostrando la capacità di questa tecnologia per l'uso nel mondo reale.