Un team di ricercatori del Dipartimento di Energia di Oak Ridge e Los Alamos National Laboratories ha collaborato con EPB, una società di servizi e telecomunicazioni di Chattanooga, dimostrare l'efficacia della distribuzione di chiavi quantistiche (QKD) su scala metropolitana come mezzo di comunicazione sicura per i fornitori di elettricità della nazione. Questa pietra miliare iniziale fa parte del progetto triennale del team incentrato sulla sicurezza della rete di nuova generazione.

QKD sfrutta la casualità intrinseca della meccanica quantistica per autenticare e crittografare i dati. La tecnologia consente a due parti di condividere una "chiave" segreta e avvisa entrambe le parti di qualsiasi intrusione di terze parti, una capacità di sicurezza fondamentale poiché una parte maggiore della rete nazionale viene modernizzata e i dati vengono trasferiti online.

L'obiettivo di questa prima dimostrazione, condotto da Nick Peters e Phil Evans di ORNL, Ray Newell e Glen Peterson di Los Alamos, e Tyler Morgan di EPB, Ken Jones, e Steve Morrison, era quello di dimostrare l'interoperabilità di disparati sistemi QKD. Lo scienziato senior dell'ORNL Peters ha affermato che poiché i servizi di pubblica utilità sono in gran parte regionali, i fornitori utilizzano una combinazione di componenti e hanno pianificazioni di aggiornamento fluttuanti. Garantire che i diversi fornitori di servizi di pubblica utilità possano operare in sincronia sulla rete elettrica nazionale è fondamentale per realizzare il potenziale di QKD su scala nazionale.

Per prepararsi alla dimostrazione, i ricercatori dell'ORNL hanno modificato un sistema QKD commerciale mentre Los Alamos ha sviluppato internamente un proprio sistema personalizzato; entrambi i sistemi hanno generato chiavi separate che, quando interfacciato a un "nodo attendibile, " o scambio sicuro di informazioni, generato una terza chiave, che è stato poi distribuito tra i sistemi Los Alamos e ORNL.

"Questa dimostrazione ha realizzato due cose:ha mostrato che diversi sistemi possono funzionare insieme e ha stabilito la funzionalità necessaria per trasmettere le chiavi su distanze maggiori che spesso si incontrano sulla rete elettrica, "disse Pietro, leader del team di comunicazioni quantistiche di ORNL.

Aggiunto Ray Newell, Scienziato di ricerca di Los Alamos e leader del loro team di comunicazioni quantistiche:"Recenti dimostrazioni a Los Alamos hanno dimostrato che i sistemi QKD possono funzionare su infrastrutture elettriche esistenti in contesti del mondo reale, anche durante una storica nevicata. La nostra partnership con ORNL ed EPB mostra che le utility possono realizzare i vantaggi della sicurezza quantistica utilizzando un mix di sistemi di comunicazione distinti ma interoperabili".

Sia ORNL che Los Alamos hanno dedicato molti anni allo sviluppo di sistemi di comunicazione quantistica, e diverse tecnologie sviluppate dai laboratori sono attualmente autorizzate all'industria.

La dimostrazione ha avuto luogo presso EPB, quale, secondo Evans di ORNL, è un partner ideale perché l'utility ha implementato una rete in fibra ottica di concerto con la sua infrastruttura di distribuzione elettrica. A parte quello, "sono impegnati con noi su più progetti per facilitare le tecnologie di prossima generazione per proteggere l'infrastruttura della nostra nazione, " Ha aggiunto.

"Per EPB, la collaborazione con Oak Ridge e Los Alamos National Laboratories è un'opportunità per testare sul campo nuove tecnologie e migliori pratiche per aiutare a mantenere la sicurezza e l'affidabilità della rete elettrica per tutti in America, " ha detto Steve Morrison, Direttore della sicurezza delle informazioni di EPB. "Siamo onorati di fare la nostra parte per aiutare il progresso di questo importante sforzo".

Nonostante il successo della demo, però, c'è ancora del lavoro da fare. Prossimo, i ricercatori lavoreranno per superare i famigerati limiti di distanza di QKD.

Proprio come la resistenza elettrica riduce la quantità di elettricità trasmessa all'aumentare della distanza attraverso le linee elettriche tradizionali, l'aumento della distanza delle trasmissioni in fibra ottica riduce il throughput delle comunicazioni quantistiche. Per la rete elettrica nazionale, aumentare le distanze su cui questi sistemi QKD possono essere utilizzati efficacemente è fondamentale, e per questo i ricercatori si affideranno ancora una volta a nodi fidati, in questo caso le sottostazioni elettriche di EPB.

L'obiettivo finale è implementare sistemi QKD in numerose sottostazioni, che sono posizionati a intervalli e sono in grado di trasmettere le chiavi quantistiche. Evans di ORNL l'ha paragonata a una staffetta, in cui un corridore passa il testimone a un altro, con ogni corridore che porta il testimone per un certo intervallo. Passando il testimone ad ogni sottostazione prima che si perda il segnale, il segnale viene aggiornato per il prossimo viaggio e così via, potenzialmente ampliando significativamente la gamma della tecnologia QKD.