I ricercatori di ingegneria hanno dimostrato la prova del principio per un dispositivo che potrebbe fungere da spina dorsale di una futura Internet quantistica. Il professore di ingegneria dell'Università di Toronto Hoi-Kwong Lo e i suoi collaboratori hanno sviluppato un prototipo per un elemento chiave per ripetitori quantistici completamente fotonici, un passo fondamentale nella comunicazione quantistica a lunga distanza.

Un Internet quantistico è il "Santo Graal" dell'elaborazione delle informazioni quantistiche, consentendo molte nuove applicazioni, inclusa la comunicazione sicura basata sulla teoria dell'informazione. Internet di oggi non è stato progettato specificamente per la sicurezza, e mostra:hacking, le effrazioni e lo spionaggio informatico sono sfide comuni. Gli hacker scellerati fanno costantemente buchi in sofisticati livelli di difesa eretti da individui, corporazioni e governi.

Alla luce di questo, i ricercatori hanno proposto altri modi di trasmettere dati che sfrutterebbero le caratteristiche chiave della fisica quantistica per fornire una crittografia virtualmente indistruttibile. Una delle tecnologie più promettenti prevede una tecnica nota come distribuzione di chiavi quantistiche (QKD). QKD sfrutta il fatto che il semplice atto di rilevare o misurare lo stato di un sistema quantistico disturba quel sistema. A causa di ciò, qualsiasi intercettazione da parte di terzi lascerebbe una traccia chiaramente rilevabile, e la comunicazione può essere interrotta prima che qualsiasi informazione sensibile venga persa.

Fino ad ora, questo tipo di sicurezza quantistica è stato dimostrato in sistemi su piccola scala. Lo e il suo team fanno parte di un gruppo di ricercatori di tutto il mondo che stanno gettando le basi per una futura Internet quantistica, lavorando per affrontare alcune delle sfide nella trasmissione di informazioni quantistiche su grandi distanze, utilizzando la comunicazione in fibra ottica.

Poiché i segnali luminosi perdono potenza quando percorrono lunghe distanze attraverso cavi in ​​fibra ottica, lungo la linea vengono inseriti ad intervalli regolari dei dispositivi detti ripetitori. Questi ripetitori amplificano e amplificano i segnali per aiutare a trasmettere le informazioni lungo la linea.

Ma l'informazione quantistica è diversa, e i ripetitori esistenti per le informazioni quantistiche sono altamente problematici. Richiedono la memorizzazione dello stato quantistico nei siti dei ripetitori, rendendo i ripetitori molto più soggetti a errori, difficile da costruire, e molto costosi perché spesso operano a temperature criogeniche.

Lo e il suo team hanno proposto un approccio diverso. Stanno lavorando allo sviluppo della prossima generazione di ripetitori, chiamati ripetitori quantistici completamente fotonici, che eliminerebbe o ridurrebbe molte delle carenze dei ripetitori quantistici standard. Con i collaboratori dell'Università di Osaka, Toyama University e NTT Corporation in Giappone, Lo e il suo team hanno dimostrato il proof of concept del loro lavoro in un articolo recentemente pubblicato su Comunicazioni sulla natura .

"Abbiamo sviluppato ripetitori completamente fotonici che consentono la misurazione adattiva della campana invertita nel tempo, " dice Lo. "Poiché questi ripetitori sono completamente ottici, offrono vantaggi che i ripetitori tradizionali, basati sulla memoria quantistica, non offrono. Per esempio, questo metodo potrebbe funzionare a temperatura ambiente".

Un Internet quantistico potrebbe offrire applicazioni impossibili da implementare nell'Internet convenzionale, come la sicurezza impenetrabile e il teletrasporto quantistico.

"Una rete completamente ottica è una forma promettente di infrastruttura per una comunicazione veloce ed efficiente dal punto di vista energetico, necessaria per un futuro Internet quantistico, " dice Lo. "Il nostro lavoro aiuta a spianare la strada verso questo futuro".