I ricercatori in Italia hanno dimostrato la fattibilità delle comunicazioni quantistiche tra i satelliti di navigazione globale ad alta orbita e una stazione di terra, con uno scambio a livello del singolo fotone su una distanza di 20, 000 km.

L'esperimento fondamentale dimostra la fattibilità di comunicazioni quantistiche sicure su scala globale, utilizzando il sistema globale di navigazione satellitare (GNSS). Se ne parla integralmente oggi sul giornale Scienza e tecnologia quantistica .

Il co-autore Dr. Giuseppe Vallone è dell'Università di Padova, Italia. Ha detto:"Le tecnologie satellitari consentono una vasta gamma di civili, applicazioni scientifiche e militari come comunicazioni, navigazione e tempi, telerilevamento, meteorologia, ricognizione, cerca e salva, esplorazione dello spazio e astronomia.

"Il nucleo di questi sistemi è trasmettere in sicurezza informazioni e dati dai satelliti in orbita alle stazioni di terra sulla Terra. La protezione di questi canali da un avversario dannoso è quindi cruciale per le operazioni sia militari che civili.

"Le comunicazioni quantistiche spaziali (QC) rappresentano un modo promettente per garantire la sicurezza incondizionata per i collegamenti ottici satellite-terra e inter-satellite, utilizzando protocolli di informazione quantistica come distribuzione di chiavi quantistiche (QKD)."

I risultati del team mostrano il primo scambio di pochi fotoni per impulso tra due diversi satelliti nella costellazione russa GLONASS e il Centro di geodesia spaziale dell'Agenzia spaziale italiana.

Il co-autore principale, il professor Paolo Villoresi, ha dichiarato:""Il nostro esperimento ha utilizzato i retroriflettori passivi montati sui satelliti. Stimando le perdite effettive del canale, possiamo valutare le caratteristiche sia di un carico utile quantistico dedicato che di una stazione di terra ricevente.

"I nostri risultati dimostrano la fattibilità del controllo qualità da GNSS in termini di rapporto segnale-rumore ottenibile e tasso di rilevamento. Il nostro lavoro estende il limite dello scambio di fotoni singoli nello spazio libero a lunga distanza. La lunghezza del canale più lunga precedentemente dimostrata era di circa 7 , 000 chilometri, in un esperimento utilizzando un satellite a orbita media (MEO) che abbiamo riportato nel 2016".

Sebbene i satelliti ad alta orbita rappresentino una grande sfida tecnologica, a causa di perdite dai canali ottici, Il professor Villoresi ha spiegato il ragionamento del team per concentrarsi sui satelliti in orbita alta nel loro studio.

Ha detto:"L'elevata velocità orbitale dei satelliti in orbita terrestre bassa (LEO) è molto efficace per la copertura globale ma limita i loro periodi di visibilità da una singola stazione di terra. Al contrario, l'utilizzo di satelliti su orbite più elevate può prolungare il tempo di comunicazione, raggiungendo poche ore nel caso di GNSS.

"Il controllo qualità potrebbe anche offrire soluzioni interessanti per la sicurezza GNSS sia per i collegamenti satellite-terra che inter-satellite, che potrebbe fornire protocolli nuovi e incondizionatamente sicuri per l'autenticazione, integrità e riservatezza dei segnali scambiati."

Dott. Giuseppe Bianco, che è Direttore del Centro di Geodesia Spaziale dell'Agenzia Spaziale Italiana e coautore, ha dichiarato "Lo scambio di un singolo fotone con un satellite GNSS è un risultato importante sia dal punto di vista scientifico che applicativo. Si inserisce perfettamente nella roadmap italiana per le comunicazioni spaziali quantistiche, ed è l'ultimo traguardo della nostra collaborazione con l'Università degli Studi di Padova che dal 2003 è in costante progresso."