I ricercatori di QuTech hanno ottenuto il primo al mondo nella tecnologia quantistica di Internet. Un team guidato dalla professoressa Stephanie Wehner ha sviluppato un cosiddetto protocollo di livello di collegamento che porta il fenomeno dell'entanglement quantistico dalla fisica sperimentale a una rete quantistica del mondo reale. Questo avvicina il giorno in cui Internet quantistico può diventare una realtà, fornire applicazioni impossibili da ottenere tramite Internet classico. Il lavoro è stato presentato oggi ad ACM SIGCOMM.

Nell'informatica classica, un insieme di livelli software denominati stack di rete consente ai computer di comunicare tra loro. Alla base dello stack di rete ci sono i protocolli di comunicazione, come il protocollo Internet o HTTP. Stephanie Wehner ha spiegato che un protocollo essenziale utilizzato da una rete è il protocollo del livello di collegamento, che supera i problemi causati dall'hardware imperfetto:"Tutti noi usiamo i classici protocolli a livello di collegamento nella vita di tutti i giorni. Un esempio è il Wi-Fi, che consente di utilizzare un segnale radio inaffidabile, soggetto a interruzioni e interferenze, per trasmettere dati in modo affidabile tra dispositivi compatibili."

Una rete quantistica, basato sulla trasmissione di bit quantistici, o qubit, richiede lo stesso livello di affidabilità. Stephanie Wehner dice, "Nel nostro lavoro, abbiamo proposto uno stack di rete quantistica, e hanno costruito il primo protocollo al mondo a livello di collegamento per una rete quantistica".

Si scopre che i protocolli classici esistenti non possono aiutare nel mondo quantistico. Una sfida è rappresentata dalle differenze tra le tecnologie utilizzate. Stephanie Wehner:"Attualmente, i qubit non possono essere conservati in memoria per molto tempo. Ciò significa che le decisioni di controllo su cosa farne devono essere prese molto rapidamente. Creando questo protocollo a livello di collegamento, abbiamo superato gli ostacoli presentati da una fisica molto esigente."

Ci sono anche alcune differenze fondamentali tra una futura Internet quantistica e l'Internet che vediamo oggi. Stephanie Wehner ha affermato che due bit quantistici possono essere entangled:"Tale entanglement è come una connessione. Questo è molto diverso dalla situazione per i protocolli di livello di collegamento classici in cui in genere inviamo solo segnali. In tal caso, non c'è alcun senso di connessione integrato a un livello fondamentale."

Internet quantistico

Il fenomeno dell'entanglement costituisce la base di un'internet quantistica. Quando due particelle fondamentali sono entangled, sono collegati tra loro in modo tale che nient'altro può avere alcuna parte di questa connessione. Il ricercatore Axel Dahlberg ha affermato che ciò consente una gamma completamente nuova di applicazioni "La sicurezza è un'applicazione importante. È fisicamente impossibile intercettare una connessione di rete ingarbugliata tra due utenti. Per fare un altro esempio, la tecnologia consente inoltre una migliore sincronizzazione dell'orologio, oppure può unire telescopi astronomici molto distanti tra loro, quindi agiscono come un unico enorme telescopio."

Il ricercatore Matthew Skrzypczyk ha affermato che una caratteristica importante dello stack di rete quantistico proposto e del protocollo del livello di collegamento è che qualsiasi software futuro scritto utilizzando il protocollo sarà compatibile con molte piattaforme hardware quantistiche. "Chi fa uso del nostro protocollo di livello di collegamento non ha più bisogno di sapere qual è l'hardware quantistico sottostante. Nel nostro articolo, studiamo le prestazioni del protocollo sui centri Nitrogen-Vacancy in diamante, che sono essenzialmente piccoli computer quantistici. Però, il nostro protocollo può essere implementato anche su Ion Traps, Per esempio. Ciò significa anche che il nostro protocollo a livello di collegamento può essere utilizzato in futuro su molti tipi diversi di hardware quantistico".

Costruire un sistema di rete quantistica

Stephanie Wehner ha affermato che il prossimo passo sarà testare e dimostrare un nuovo protocollo di livello di rete utilizzando il protocollo di livello di collegamento:"Il nostro protocollo di livello di collegamento ci consente di generare in modo affidabile entanglement tra due nodi di rete collegati da un collegamento fisico diretto, come una fibra per telecomunicazioni. Il passo successivo è quello di produrre entanglement tra i nodi della rete che non sono collegati direttamente da una fibra, utilizzando l'aiuto di un nodo intermedio. Per realizzare reti quantistiche su larga scala, è importante andare oltre un esperimento di fisica, e passare alla costruzione di un sistema di rete quantistica. Questo è uno degli obiettivi della Quantum Internet Alliance (QIA) finanziata dall'UE".