Come possiamo garantire che i dati trasmessi via internet possano essere letti solo dal destinatario previsto? Attualmente, i nostri dati vengono crittografati utilizzando metodi matematici basati sull'idea che la fattorizzazione di numeri grandi sia un'operazione complessa. Tuttavia, con la crescente potenza dei computer quantistici, è probabile che questi codici matematici diventino insicuri in futuro.
Basandosi sulle leggi della fisica,
Tobias Vogl, professore di Ingegneria dei Sistemi di Comunicazione Quantistica, sta lavorando a un processo di crittografia che sfrutta i principi della fisica. "La sicurezza si baserà sul fatto che le informazioni vengono codificate in singole particelle di luce e poi trasmesse. Le leggi della fisica non permettono di estrarre o copiare queste informazioni. Quando le informazioni vengono intercettate, le particelle di luce cambiano le loro caratteristiche. Poiché possiamo misurare questi cambiamenti di stato, qualsiasi tentativo di intercettare i dati trasmessi verrà immediatamente rilevato, indipendentemente dai futuri progressi tecnologici", afferma Tobias Vogl.
La principale sfida della cosiddetta crittografia quantistica risiede nella trasmissione di dati a lunga distanza. Nelle comunicazioni classiche, le informazioni vengono codificate in molte particelle di luce e trasmesse attraverso fibre ottiche. Tuttavia, le informazioni contenute in una singola particella non possono essere copiate. Di conseguenza, il segnale luminoso non può essere amplificato ripetutamente, come avviene con le attuali trasmissioni in fibra ottica. Ciò limita la distanza di trasmissione a poche centinaia di chilometri.
Per inviare informazioni ad altre città o continenti, verrà sfruttata la struttura dell'atmosfera. Ad altitudini superiori a circa 10 chilometri, l'atmosfera è così rarefatta che la luce non viene né diffusa né assorbita. Ciò consentirà l'utilizzo di satelliti per estendere le comunicazioni quantistiche su distanze maggiori.
Satelliti per le comunicazioni quantistiche:
nell'ambito della missione QUICK³, Tobias Vogl e il suo team stanno sviluppando un sistema completo che include tutti i componenti necessari per costruire un satellite per le comunicazioni quantistiche. Come primo passo, il team ha testato ciascuno dei componenti del satellite. Il passo successivo sarà quello di testare l'intero sistema nello spazio. I ricercatori studieranno se la tecnologia è in grado di resistere alle condizioni dello spazio e come interagiscono i singoli componenti del sistema. Il lancio del satellite è previsto per il 2025. Tuttavia, la creazione di una rete globale di comunicazioni quantistiche richiederà centinaia, o forse migliaia, di satelliti.
Rete ibrida per la crittografia
Il concetto non implica necessariamente che tutte le informazioni vengano trasmesse con questo metodo, che è molto complesso e costoso. È ipotizzabile che si possa implementare una rete ibrida in cui i dati possano essere crittografati sia fisicamente che matematicamente. Antonia Wachter-Zeh, professoressa di Codifica e Crittografia, sta lavorando allo sviluppo di algoritmi così complessi che nemmeno i computer quantistici sono in grado di risolverli. In futuro, la crittografia della maggior parte delle informazioni tramite algoritmi matematici rimarrà sufficiente. La crittografia quantistica sarà un'opzione solo per i documenti che richiedono una protezione speciale, come quelli utilizzati nelle comunicazioni tra banche.
Pubblicazione:
Najme Ahmadi, Sven Schwertfeger, Philipp Werner, Lukas Wiese, Joseph Lester, Elisa Da Ros, Josefine Krause, Sebastian Ritter, Mostafa Abasifard, Chanaprom Cholsuk, Ria G. Krämer, Simone Atzeni, Mustafa Gündoğan, Subash Sachidananda, Daniel Pardo, Stefan Nolte, Alexander Lohrmann, Alexander Ling, Julian Bartholomäus, Giacomo Corrielli, Markus Krutzik, Tobias Vogl. "QUICK3 - Progettazione di una sorgente di luce quantistica basata su satellite per la comunicazione quantistica e test estesi di teoria fisica nello spazio". Avv. Tecnologia quantistica. (2024). https://doi.org/10.1002/qute.202300343
- Tobias Vogl è stato nominato professore di Ingegneria dei Sistemi di Comunicazione Quantistica presso la Scuola di Calcolo, Informazione e Tecnologia nel luglio 2023. La sua ricerca si concentra sulle tecnologie quantistiche ottiche nei solidi cristallini. In particolare, studia i difetti fluorescenti nel nitruro di boro, un materiale esagonale bidimensionale, che vengono combinati con nanostrutture risonanti e circuiti fotonici per essere utilizzati come componenti per l'elaborazione di informazioni quantistiche e nelle reti quantistiche.
- La missione QUICK³ è un progetto di ricerca internazionale che coinvolge ricercatori dell'Università Friedrich Schiller di Jena, dell'Università Humboldt di Berlino, della Technische Universität Berlin, del Ferdinand-Braun-Institut für Höchstfrequenztechnik, dell'Istituto di Fotonica e Nanotecnologie in Italia e della National University of Singapore.
