Figura che delinea la configurazione sperimentale dei ricercatori. Credito:Dai et al.
I ricercatori dell'Università della Scienza e della Tecnologia della Cina hanno recentemente introdotto un nuovo protocollo QSTT (Quantum-Secure Time Transfer) basato su satellite che potrebbe consentire comunicazioni più sicure tra diversi satelliti o altre tecnologie nello spazio. Il loro protocollo presentato in un articolo pubblicato in Fisica della natura , si basa sulla distribuzione della chiave quantistica a due vie nello spazio libero, una tecnica per crittografare le comunicazioni tra dispositivi diversi.
"La nostra idea principale era quella di realizzare un trasferimento temporale sicuro in modo quantistico per risolvere i problemi di sicurezza nel trasferimento pratico tempo-frequenza, "Feihu Xu, uno dei ricercatori che ha condotto lo studio, ha detto a Phys.org.
La distribuzione delle chiavi quantistiche (QKD) è una tecnica per ottenere comunicazioni sicure che utilizzano protocolli crittografici basati sulle leggi della meccanica quantistica. I protocolli di distribuzione delle chiavi quantistiche possono generare chiavi di sicurezza segrete basate sulla fisica quantistica, consentendo un trasferimento di dati più sicuro tra dispositivi diversi individuando gli aggressori che cercano di intercettare le comunicazioni.
Nel loro studio, Xu e i suoi colleghi hanno usato un principio simile per sfruttare i segnali quantistici (cioè, singoli fotoni) come portatori del cosiddetto trasferimento di tempo. Il trasferimento temporale è essenzialmente l'intervallo di tempo in cui i dati vengono trasferiti da un luogo, o dispositivo, ad un altro.
"Grazie al teorema quantistico di non clonazione che abbiamo usato, ogni tentativo di intercettare il singolo fotone disturberà inevitabilmente lo stato quantico, che può essere verificato tramite post-elaborazione, " ha detto Xu. "Questo ci ha permesso di ottenere uno schema di trasferimento temporale sicuro quantistico."
Risultati del trasferimento temporale via satellite. Credito:Dai et al.
Xu e i suoi colleghi hanno dimostrato il loro protocollo QSTT applicandolo al satellite quantistico Micius. Il Micio, prende il nome dall'antico filosofo cinese Micius Mozi, è il primo satellite al mondo capace di comunicazioni quantistiche, che è stato lanciato nello spazio a bordo del razzo Long March-2-D nell'agosto 2016.
"Abbiamo eseguito una sincronizzazione temporale satellite-terra utilizzando segnali a livello di singolo fotone e ottenuto un tasso di errore di bit quantistico inferiore all'1%, una velocità dati temporale di 9 kHz e una precisione di trasferimento temporale di 30 ps, "Spiega Xu.
Questo team di ricercatori è il primo a dimostrare il QSTT satellitare utilizzando singoli fotoni. Sorprendentemente, la precisione temporale raggiunta dal protocollo proposto è paragonabile a quella di T2L2, una tecnica all'avanguardia per ottenere il trasferimento del tempo che è stata applicata sul satellite Jason-2, che si basa sull'uso di forti impulsi laser classici.
Il nuovo schema introdotto da Xu e dai suoi colleghi potrebbe in definitiva aprire la strada a comunicazioni quantistiche più sicure tra il satellite e una varietà di altri dispositivi. Dimostrando la fattibilità di ottenere un trasferimento di tempo ad alta precisione basato su satellite con singoli fotoni, il loro lavoro apre anche nuove interessanti possibilità per la ricerca futura.
"Il nostro lavoro introduce nuove prospettive per il campo della fisica per sfruttare la tecnologia quantistica per ottenere una maggiore sicurezza e una maggiore precisione per il trasferimento tempo-frequenza, sincronizzazione dell'orologio e reti quantistiche di orologi, "Xu ha detto. "Ora abbiamo in programma di costruire una rete quantistica su scala globale basata su satellite per testare la fisica fondamentale e fornire applicazioni pratiche, come la distribuzione di chiavi segrete, sincronizzazione degli orologi e così via."
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