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Jun 03, 2023

Crittografia impenetrabile per la comunicazione dei dati: i ricercatori portano la distribuzione delle chiavi quantistiche fuori dal laboratorio

Di The Optical Society, 18 giugno 2021 La prova sul campo mostra che un semplice sistema QKD funziona con la rete di telecomunicazioni esistente in Italia. In un nuovo studio, i ricercatori dimostrano un sistema automatizzato e facile da usare

Di The Optical Society18 giugno 2021

La sperimentazione sul campo mostra che un semplice sistema QKD funziona con la rete di telecomunicazioni esistente in Italia.

In un nuovo studio, i ricercatori dimostrano un sistema di distribuzione delle chiavi quantistiche (QKD) automatizzato e facile da usare utilizzando la rete in fibra nella città di Padova, in Italia. Il test sul campo rappresenta un passo importante verso l’implementazione di questa tecnologia di comunicazione quantistica altamente sicura utilizzando il tipo di reti di comunicazione già esistenti in molte regioni del mondo.

QKD offre una crittografia impenetrabile per la comunicazione dei dati perché utilizza le proprietà quantistiche della luce per generare chiavi casuali sicure per crittografare e decrittografare i dati.

“QKD può essere utile in ogni situazione in cui la sicurezza è fondamentale perché offre sicurezza incondizionata per il processo di scambio delle chiavi”, ha affermato Marco Avesani dell’Università degli Studi di Padova in Italia, co-primo autore del nuovo studio con Luca Calderaro e Giulio Foletto . "Può essere utilizzato, ad esempio, per crittografare e autenticare i dati sanitari inviati tra ospedali o i trasferimenti di denaro tra banche."

I ricercatori hanno dimostrato un nuovo semplice sistema QKD su una rete in fibra a Padova, in Italia. Una mappa del centro città [©2021 Google] mostra che il trasmettitore era posizionato presso il Centro ICT dell'UniPD mentre il ricevitore era situato nel Dipartimento di Matematica. Il trasmettitore e il ricevitore erano collegati da 3,4 km di fibre dispiegate. Crediti: Gruppo QuantumFuture, Università degli Studi di Padova

"I sistemi QKD di solito richiedono un sistema di stabilizzazione complesso e ulteriore hardware di sincronizzazione dedicato", ha affermato Avesani. “Abbiamo sviluppato un sistema QKD completo che può essere

si interfaccia direttamente con gli apparati di telecomunicazione standard e non richiede hardware aggiuntivo per la sincronizzazione. Il sistema si adatta facilmente agli armadi rack comunemente presenti nelle sale server."

Per produrre gli stati quantistici richiesti dalla QKD, i ricercatori hanno sviluppato un nuovo codificatore per manipolare la polarizzazione dei singoli fotoni. Il codificatore, che i ricercatori chiamano iPOGNAC, fornisce un riferimento di polarizzazione fisso e stabile che non richiede frequenti ricalibrazioni. Questa caratteristica è vantaggiosa anche per le comunicazioni quantistiche nello spazio libero e via satellite, dove le ricalibrazioni sono difficili da eseguire.

"Grazie alla tecnologia che abbiamo sviluppato, la sorgente era pronta a produrre stati quantistici quando abbiamo spostato il nostro sistema dal laboratorio al luogo della prova sul campo", ha affermato Calderaro. "Non abbiamo dovuto eseguire la procedura di allineamento lenta e spesso soggetta a guasti richiesta per la maggior parte dei sistemi QKD."

L'intero trasmettitore del nuovo sistema QKD si inserisce in un contenitore rack da 19 pollici, che si trova comunemente nelle sale server. Crediti: Luca Calderaro, Università degli Studi di Padova

I ricercatori hanno anche sviluppato un nuovo algoritmo di sincronizzazione, che chiamano Qubit4Sync, per sincronizzare le macchine dei due utenti QKD. Invece di utilizzare hardware aggiuntivo dedicato e un canale di frequenza aggiuntivo per la sincronizzazione, il nuovo sistema utilizza un software e gli stessi segnali ottici utilizzati per QKD. Ciò rende il sistema più piccolo, più economico e più facile da integrare in una rete ottica esistente.

Per testare il nuovo sistema, i ricercatori hanno portato i loro due terminali QKD in due edifici universitari distanti circa 3,4 km l'uno dall'altro in diverse zone di Padova. Hanno collegato i sistemi a due fibre ottiche sotterranee che fanno parte della rete di comunicazione dell'università. Queste fibre supportavano il canale quantistico che trasportava i qubit e il canale classico necessario per trasferire informazioni ausiliarie.

"La prova sul campo ha avuto successo", ha detto Foletto. “Abbiamo dimostrato che il nostro semplice sistema può produrre chiavi segrete alla velocità di kilobit al secondo e che funziona al di fuori del laboratorio con poco intervento umano. È stato anche facile e veloce da installare.”

In una dimostrazione pubblica, i ricercatori hanno utilizzato la loro configurazione per consentire una videochiamata quantistica tra il Rettore dell'Università di Padova e il Direttore del Dipartimento di Matematica. I ricercatori notano che le prestazioni del sistema sono paragonabili ad altri sistemi QKD commerciali in termini di velocità di generazione delle chiavi segrete, pur avendo meno componenti ed essendo più facile da integrare in una rete in fibra esistente.