I ricercatori dell'Università di Sheffield hanno risolto un enigma chiave nella fisica quantistica che potrebbe aiutare a rendere il trasferimento dei dati totalmente sicuro.

Il team ha sviluppato un modo per generare impulsi luminosi a singolo fotone molto rapidi. Ogni fotone, o particella di luce, rappresenta un frammento di codice binario, il linguaggio fondamentale dell'informatica. Questi fotoni non possono essere intercettati senza disturbarli in modo tale da avvertire il mittente che qualcosa non va.

Il trasferimento di dati utilizzando la luce che passa lungo i cavi in ​​fibra ottica è diventato sempre più comune negli ultimi decenni, ma ogni impulso contiene attualmente milioni di fotoni. Ciò significa che, in linea di principio, una parte di questi potrebbe essere intercettata senza essere rilevata.

I dati protetti sono già crittografati, ma se un "intercettatore" fosse in grado di intercettare i segnali contenenti i dettagli del codice, allora, in teoria, potrebbe accedere e decodificare il resto del messaggio.

Gli impulsi a singolo fotone offrono una sicurezza totale, perché qualsiasi intercettazione viene immediatamente rilevata, ma gli scienziati hanno faticato a produrli abbastanza rapidamente da trasportare dati a velocità sufficienti per trasferire elevati volumi di dati.

In un nuovo studio, pubblicato in Nanotecnologia della natura , il team di Sheffield ha impiegato un fenomeno chiamato Effetto Purcell per produrre i fotoni molto rapidamente. Un nanocristallo chiamato punto quantico è posto all'interno di una cavità all'interno di un cristallo più grande:il chip semiconduttore. Il punto viene quindi bombardato con la luce di un laser che gli fa assorbire energia. Questa energia viene quindi emessa sotto forma di fotone.

Posizionando il nanocristallo all'interno di una cavità molto piccola, la luce laser rimbalza all'interno delle pareti. Questo accelera la produzione di fotoni da parte dell'effetto Purcell. Un problema è che i fotoni che trasportano le informazioni sui dati possono facilmente essere confusi con la luce laser. I ricercatori di Sheffield hanno superato questo problema incanalando i fotoni lontano dalla cavità e all'interno del chip per separare i due diversi tipi di impulso.

In questo modo, il team è riuscito a rendere il tasso di emissione di fotoni circa 50 volte più veloce di quanto sarebbe possibile senza l'uso dell'effetto Purcell. Sebbene questo non sia l'impulso di luce fotonico più veloce mai sviluppato, ha un vantaggio cruciale perché i fotoni prodotti sono tutti identici, una qualità essenziale per molte applicazioni di calcolo quantistico.

Marco Volpe, Professore di Fisica Ottica presso l'Università di Sheffield, spiega:"Utilizzare i fotoni per trasmettere i dati ci consente di utilizzare le leggi fondamentali della fisica per garantire la sicurezza. È impossibile misurare o 'leggere' in alcun modo la particella senza modificarne le proprietà. Interferire con essa rovinerebbe quindi i dati e suonerebbe un allarme."

Ha aggiunto:"Il nostro metodo risolve anche un problema che ha lasciato perplessi gli scienziati per circa 20 anni:come utilizzare questo effetto Purcell per accelerare la produzione di fotoni in modo efficiente.

"Questa tecnologia potrebbe essere utilizzata all'interno di sistemi di telecomunicazione in fibra ottica sicuri, anche se sarebbe molto utile inizialmente in ambienti in cui la sicurezza è fondamentale, compresi i governi e le sedi della sicurezza nazionale".