211service.com
Nuovo record per la crittografia quantistica
Gli scienziati europei hanno battuto un record di distanza per l'invio di informazioni quantistiche da un luogo all'altro, aprendo la strada a un sistema che si basa sulle leggi della fisica per fornire comunicazioni che non possono essere sfruttate. Se possono estendere ulteriormente la portata del loro segnale, saranno in grado di utilizzare i satelliti per inviare dati perfettamente sicuri in tutto il mondo.
Chiamata a lunga distanza: I fotoni entangled sono stati inviati a 144 chilometri da una sorgente luminosa a La Palma a un ricevitore a Tenerife (in alto) ospitato in un osservatorio locale (in basso).
Il team ha utilizzato i principi della meccanica quantistica per creare una chiave di crittografia in due luoghi contemporaneamente: uno in un laboratorio a La Palma, nelle Isole Canarie, e il secondo in un osservatorio sulla vicina isola di Tenerife, a 144 chilometri di distanza. Tale chiave di crittografia può essere utilizzata per codificare dati che solo il mittente e il destinatario possono decodificare.
Vogliamo vedere se è possibile stabilire una comunicazione quantistica mondiale, la crittografia quantistica mondiale, afferma Anton Zeilinger , professore di fisica presso l'Istituto di fisica sperimentale dell'Università di Vienna, Austria. La sua squadra, insieme a una squadra guidata da Harald Weinfurter del Istituto Max Planck di ottica quantistica , a Garching, in Germania, ha pubblicato i suoi risultati online il 3 giugno sulla rivista Fisica della natura .
Per creare la chiave, il team ha dovuto prima creare coppie di fotoni entangled. Entanglement, che Albert Einstein chiamava azione spettrale a distanza, significa che il destino di un fotone è legato al destino dell'altro. La misurazione di qualsiasi proprietà della meccanica quantistica di un fotone cambia automaticamente quella stessa proprietà nel suo partner entangled, indipendentemente dalla distanza tra loro.
In questo caso, il team ha misurato la polarizzazione. La luce può essere polarizzata in qualsiasi direzione; è una misura della direzione in cui fluttuano le onde luminose, ad esempio orizzontale o verticale. I ricercatori hanno creato coppie di fotoni entangled sparando un potente raggio laser attraverso un cristallo. Per ogni fotone che entrava, ne uscivano due fotoni più deboli ed entangled. I ricercatori hanno fatto rimbalzare metà di ciascuna coppia da uno specchio a un rilevatore di luce locale a La Palma. Hanno inviato l'altro fotone attraverso una lente e fuori attraverso l'acqua, dove un telescopio a Tenerife lo ha catturato e inviato a un secondo rilevatore di luce.
Ho questi due fotoni e se li misuro su entrambe le estremità e chiedo loro: 'Sei polarizzato orizzontalmente o verticalmente?' - una scelta binaria - daranno una risposta casuale, dice Zeilinger. Ma a causa dell'intreccio, entrambi daranno la stessa risposta. Su entrambi i lati ottieni uno zero o su entrambi i lati ottieni uno.
Ogni volta che i rivelatori registravano un fotone e ne misuravano la polarizzazione, questo contava come un bit. Un fotone polarizzato in una direzione era uno, e un fotone polarizzato nella direzione opposta era uno zero. Aggiungi abbastanza bit insieme e ottieni una chiave di crittografia. Ed è impossibile rubare quella chiave senza che gli utenti lo sappiano. Se qualcuno dovesse intercettare i fotoni volanti, potrebbe misurarli lui stesso, quindi inviarli al ricevitore. Ma l'atto di misurarli avrebbe cambiato le loro proprietà quantomeccaniche, quindi sarebbe stato immediatamente esposto.
Le chiavi di crittografia utilizzate oggi si basano sulla convinzione che occorrono enormi risorse di elaborazione per violarle, afferma Jeffrey Shapiro , del MIT Gruppo di comunicazioni ottiche e quantistiche . Ma se qualcuno inventasse un computer quantistico molto più potente, quel vantaggio andrebbe perso. Inoltre, le sequenze casuali di numeri generate per creare le chiavi di crittografia odierne non sono veramente casuali. Sono generati da operazioni matematiche e uno smart code breaker potrebbe essere in grado di capire l'algoritmo utilizzato per generarli. I bit quantistici, d'altra parte, sono completamente imprevedibili, quindi le chiavi basate su di essi dovrebbero essere indistruttibili. Questo è interessante per le aziende che vogliono inviare dati finanziari in modo sicuro, così come per i governi, che hanno tutti i tipi di comunicazioni sensibili. Sappiamo tutti che la sicurezza dei dati è una delle questioni essenziali di questi tempi, afferma Zeilinger.
Penso che sia un lavoro meraviglioso, dice Shapiro del giornale del gruppo europeo. La cosa impressionante di questo è che l'hanno fatto su una distanza così lunga.
Il meglio che i ricercatori avevano fatto in precedenza era rilevare i fotoni entangled su distanze di circa 10 chilometri. Per migliorare, il team di Zeilinger è passato a un laser che emette luce a impulsi invece di un raggio continuo. Il laser a impulsi ha solo una frequenza di ripetizione di 249 megahertz, molto più lenta dei laser da 10 gigahertz comunemente usati nelle reti di comunicazione ottica, il che limita la quantità di segnale che può essere inviata in un determinato periodo di tempo. Anche il laser a impulsi non è così bravo come quello continuo a produrre entanglement. Ma è vicino e ha dato ai membri del team molto più controllo su quando stavano producendo fotoni, il che li ha aiutati a separare i fotoni che volevano dalla luce parassita al rivelatore, in modo che potessero leggere il segnale in modo più affidabile. I ricercatori hanno anche dovuto affrontare la turbolenza atmosferica che distorce il percorso dei fotoni. Hanno usato un sistema automatizzato che regolava continuamente l'allineamento del telescopio per occuparsene, sebbene il raggio di luce continuasse a vagare in qualche modo sul rivelatore.
La speranza, dice Zeilinger, è di migliorare i laser e i rilevatori in modo tale che tali collegamenti nello spazio libero funzionino tra stazioni di terra e satelliti, in modo che le chiavi di crittografia possano essere inviate da qualsiasi luogo della Terra a qualsiasi altro. Poiché la maggior parte dei satelliti per comunicazioni orbitano ad un'altezza di 300-500 chilometri, con i nostri 144 chilometri, ci stiamo arrivando, dice.
Il fatto che la squadra abbia percorso quella distanza nello spazio libero è certamente molto significativo, dice Prem Kumar , direttore del Centro per la comunicazione e l'informatica fotonica alla Northwestern University. Ha inviato fotoni entangled su fibra ottica, il che va bene per brevi distanze, dice. Ma poiché la fibra assorbe i fotoni, non è pratica per più di 100-200 chilometri, il che non consentirebbe la distribuzione in tutto il mondo.
I ricercatori fanno parte di un consorzio europeo di circa 20 gruppi, chiamato SECOQC, che lavora su comunicazioni sicure basate sulla crittografia quantistica. Il consorzio mira a testare un sistema sicuro in Europa l'anno prossimo.