Comunicazione ottica nello spazio libero, la comunicazione tra due dispositivi a distanza che utilizza la luce per trasportare informazioni, è un sistema molto promettente per ottenere comunicazioni ad alta velocità. Questo sistema di comunicazione è noto per essere immune alle interferenze elettromagnetiche (EMI), un disturbo generato da fonti esterne che colpisce i circuiti elettrici e può disturbare i segnali radio.

Mentre alcuni studi hanno evidenziato i possibili vantaggi della comunicazione ottica nello spazio libero, questo sistema di comunicazione ha finora avuto alcune limitazioni. Soprattutto, è noto per offrire una sicurezza limitata contro gli intercettatori. Ricercatori presso Télécom Paris (membro dell'Institut Polytechnique de Paris), mirSense, La Technische Universität Darmstadt e la University of California Los Angeles (UCLA) hanno recentemente introdotto un sistema unico per una comunicazione ottica nello spazio libero più sicura basata su una tecnologia nota come laser a cascata quantica, un tipo specifico di laser a semiconduttore che emette tipicamente luce nel medio infrarosso.

"L'idea centrale alla base della nostra ricerca è che la comunicazione nello spazio libero privato con distribuzione di chiavi quantistiche (cioè, basato su proprietà della fisica quantistica) è promettente, ma probabilmente sono lontani anni, o anche oltre, "Olivier Spitz, uno dei ricercatori che ha condotto lo studio, ha detto a TechXplore. "Attualmente, i principali limiti di questa tecnologia sono i requisiti per i sistemi criogenici, velocità di trasmissione dati molto basse e apparecchiature costose."

Nella loro carta, in primo piano Comunicazioni sulla natura , Spitz e i suoi colleghi propongono un'alternativa ai sistemi precedentemente proposti per ottenere comunicazioni private nello spazio libero, che implementano un protocollo crittografico basato sulle leggi della meccanica quantistica. Il nuovo sistema che hanno ideato si basa sull'uso di due laser a cascata quantica accoppiati unidirezionalmente.

L'approccio dei ricercatori combina la cosiddetta sincronizzazione del caos con la lunghezza d'onda del medio infrarosso della tecnologia laser a cascata quantica. La sincronizzazione del caos è una proprietà specifica che è stata esaminata per decenni nel contesto dei laser a semiconduttore.

"La sincronizzazione del caos è la chiave per la comunicazione privata, mentre la lunghezza d'onda del medio infrarosso significa che l'attenuazione dell'atmosfera è bassa rispetto alla lunghezza d'onda del vicino infrarosso, dove emettono la maggior parte dei laser a semiconduttore, Spitz ha spiegato. "Possiamo quindi immaginare una trasmissione con un raggio molto lungo e con immunità alle condizioni atmosferiche. Inoltre, la lunghezza d'onda del medio infrarosso implica furtività, poiché la radiazione di fondo è nello stesso dominio della lunghezza d'onda."

La lunghezza d'onda del medio infrarosso dei laser a cascata quantica rende ancora più difficile per un potenziale intercettatore decifrare le informazioni scambiate utilizzando il sistema dei ricercatori. Ciò significa che la sicurezza delle comunicazioni è ulteriormente aumentata.

"Ritengo che il risultato più notevole sia la riuscita sincronizzazione del caos tra due QCL, " Spitz ha detto. "Per molto tempo, la possibilità di generare caos temporale in questo tipo di strutture è stata controversa perché si basano su una tecnologia diversa, rispetto alla maggior parte dei laser a semiconduttore, che nel complesso rende i QCL più stabili, quindi non molto incline al caos. Alcuni anni fa, abbiamo dimostrato sperimentalmente che i QCL possono generare caos temporale, e ora abbiamo compiuto un ulteriore passo avanti realizzando una comunicazione privata basata sulla sincronizzazione del caos."

Finora, i ricercatori hanno semplicemente descritto una prova di concetto del loro sistema proposto, dove la distanza tra i due laser a cascata quantica è solo di un metro. Questa non è una configurazione realistica per la comunicazione nello spazio libero. Però, sperano di migliorare il loro sistema, per renderlo più adatto alle implementazioni del mondo reale.

"Abbiamo in programma di aumentare questa distanza a centinaia di metri, poi chilometri, per costruire un sistema operativo, " Spitz ha detto. "A parte i laser a cascata quantica, ci sono altri laser a semiconduttore nel medio infrarosso, come i laser a cascata interbanda (ICL). Abbiamo in programma di ripetere lo stesso esperimento con le ICL, per determinare la migliore configurazione per la comunicazione privata alla lunghezza d'onda del medio infrarosso."

© 2021 Science X Network