Per il secondo anno consecutivo, un team dei laboratori nazionali di Oak Ridge e Los Alamos del Dipartimento dell'Energia ha condotto una dimostrazione ospitata da EPB, una società di servizi e telecomunicazioni basata sulla comunità che serve Chattanooga, Tennessee.

Utilizzando una porzione isolata della rete in fibra ottica di EPB, il team ha sperimentato tecnologie quantistiche che potrebbero migliorare la sicurezza informatica, longevità ed efficienza della rete elettrica nazionale. Tra gli altri successi, i ricercatori hanno drasticamente aumentato la gamma che queste risorse possono coprire in collaborazione con il loro nuovo partner industriale, Qubitekk.

Il team ha testato la distribuzione delle chiavi quantistiche, o QKD, sistemi che sfruttano la potenza della meccanica quantistica per autenticare i dati e crittografare i messaggi con una "chiave" segreta. Utilizzando metodi di crittografia privati, la chiave trasmette in modo sicuro informazioni "bloccate" da un sistema QKD a un altro attraverso un "nodo attendibile" virtualmente invulnerabile agli attacchi informatici.

"Questa tecnologia non si basa sulle leggi matematiche che governano la moderna sicurezza informatica, ma sulle leggi fisiche della meccanica quantistica che non cambiano nel tempo, " ha detto Raymond Newell, che guida il team di comunicazione quantistica di LANL. "Di conseguenza, possiamo fornire garanzie di sicurezza che rimarranno vere indefinitamente perché non si basano su ipotesi".

L'anno scorso, ORNL, LANL ed EPB hanno dimostrato che i sistemi QKD possono lavorare insieme senza problemi nonostante abbiano diversi componenti hardware e software sottostanti, un passo importante verso l'eventuale incorporazione di QKD nella rete, che fornisce elettricità agli edifici in tutti gli Stati Uniti, a livello nazionale. Questi sistemi potrebbero aiutare a garantire la compatibilità delle apparecchiature di vari fornitori che supportano i proprietari e gli operatori delle utenze.

"Avendo dimostrato l'interoperabilità, ora possiamo mostrare i vantaggi di una gamma estesa che copre un territorio più ampio e si spinge semplicemente più lontano di quanto sarebbe stato possibile con un singolo sistema funzionante da solo, " ha detto Newell.

Durante la manifestazione di quest'anno, i ricercatori hanno posizionato i loro sistemi e un nuovo sistema sviluppato da Qubitekk, uno sviluppatore e produttore QKD, nelle sottostazioni elettriche di Chattanooga. Queste sottostazioni erano collegate dal pezzo di rete in fibra ottica di EPB riservato ai test e fungeva da pit-stop che permetteva a ciascun sistema di passare una chiave al sistema successivo.

Gravi limitazioni di distanza in precedenza impedivano a QKD di diventare un'aggiunta praticabile alle tecniche di gestione della rete esistenti, ma questo test ha dimostrato che tre sistemi distinti possono completare un relè del mondo reale di chiavi quantistiche in tutta la città.

"Dimostrare con successo le prestazioni QKD in un ambiente reale aiuta a stabilire la fattibilità di questa tecnologia per proteggere le infrastrutture critiche di fornitura di energia, " ha detto Nicholas Peters, la scienza dell'informazione quantistica, o QIS, capogruppo presso ORNL.

Stoccaggio dei sistemi QKD in sottostazioni—scatole circondate da edifici, macchine fotografiche, recinzioni e altre misure di sicurezza, fornendo protezione informatica e fisica.

"QKD è unico perché può rilevare la presenza di qualsiasi intercettatore che tenti di intercettare e copiare informazioni, " ha dichiarato Phil Evans, capo del team di comunicazione quantistica di ORNL QIS. "Queste intercettazioni si presentano come errori e le buttiamo via prima che possano far trapelare qualsiasi informazione chiave".

Oltre ad estendere la distanza fisica su cui questi sistemi possono comunicare, l'approccio del nodo fidato avvantaggia anche i fornitori di servizi di pubblica utilità consentendo l'esistenza di sottostazioni aggiuntive sulla rete quantistica. Di conseguenza, il centro di controllo può comunicare e impartire in modo sicuro istruzioni critiche a tutte le sottostazioni contemporaneamente.

"Con questa tecnologia, le utility migliorano la sicurezza informatica senza introdurre grattacapi amministrativi. È una soluzione imposta e dimentica che semplifica le operazioni di sicurezza informatica per le utility, " disse Duncan Earl, presidente e chief technology officer di Qubitekk.

Le attuali comunicazioni smart grid sfruttano le tecnologie classiche esistenti, ma l'aggiunta di reti quantistiche private migliorerebbe la sicurezza informatica e migliorerebbe la durabilità delle risorse cruciali. Sebbene i dispositivi di uso quotidiano come smartphone e laptop generalmente richiedano la sostituzione ogni pochi anni quando il software operativo non è più supportato, scambiare sottostazioni o generatori che spesso sarebbero poco pratici e costosi.

"In linea di principio, I sistemi QKD integrati nella rete rimarrebbero sicuri per decenni, corrispondere o superare la vita utile dell'infrastruttura fisica, " disse Pietro.

Sebbene la sicurezza informatica e la longevità siano importanti per le prestazioni di QKD, è essenziale anche una migliore efficienza operativa. Per esempio, le parti della rete che supportano le fonti di energia rinnovabile come l'energia solare dipendono dalla posizione in continua evoluzione del sole e delle nuvole, e QKD potrebbe aiutare a distribuire la responsabilità in altre parti della rete per compensare la fluttuazione della produzione pur continuando a raccogliere i frutti dell'energia verde.

Con una delle reti intelligenti più avanzate del Paese, EPB è diventato un pioniere nella ricerca sulla rete grazie a partnership di lunga data e nuove dimostrazioni che testano la tecnologia quantistica a una grandezza senza precedenti.

"Siamo orgogliosi della nostra partnership con DOE, ORNL e LANL e quell'EPB potrebbero ospitare questo test sul campo di sicurezza quantistico per questa simulazione, " ha detto Steve Morrison, Direttore della sicurezza delle informazioni di EPB. "Queste dimostrazioni sulla rete intelligente ci aiutano a sviluppare una tecnologia promettente per proteggere la rete elettrica americana dagli attacchi informatici".

I ricercatori di ORNL e LANL continuano a sviluppare tecnologie quantistiche, alcune delle quali con licenza commerciale e altre nelle prime fasi di test, ed entrambi i laboratori prevedono di continuare a collaborare con EPB.

"Li abbiamo trovati un partner eccellente, "Evans ha detto. "Hanno una mentalità molto lungimirante e hanno costruito una fantastica rete in fibra ottica che include il banco di prova isolato in fibra oscura che ci hanno permesso di utilizzare per molti esperimenti. Non saremmo potuti arrivare così lontano senza le persone di EPB".

Poco a poco, il team spera di impiegare più risorse QKD nel sistema di rete nazionale per vedere questi stessi progressi su una scala molto più ampia.