Crittografia quantistica sulle fibre di Padova
10.06.2021
Il team di ricerca QuantumFuture del Dipartimento di Ingegneria dell’informazione dell’Università di Padova ha dimostrato, attraverso un test, la distribuzione di chiave quantistica (QKD, dall’inglese Quantum Key Distribution) per finalità istituzionali dell’Università sulla rete in fibra ottica dell’Ateneo patavino, utilizzando dei sistemi da loro sviluppati e brevettati.
Un passo importante, questo, verso l’integrazione completa della sicurezza quantistica sulle reti in fibra ottica volta a implementare il salto tecnologico nella sicurezza delle comunicazioni. Infatti, la QKD permette di realizzare comunicazioni digitali sicure perché utilizza le proprietà quantistiche della luce per generare chiavi poi utilizzate per criptare e decriptare i dati.
Il lavoro di ricerca è stato pubblicato nella rivista dell’Optical Society of America «Optics Letters».
Per produrre gli stati quantistici richiesti dalla QKD, il team ha sviluppato un nuovo sistema di manipolazione della polarizzazione di singoli fotoni, chiamato iPOGNAC. Esso fornisce un riferimento di polarizzazione fisso e non richiede frequenti ricalibrazioni, una caratteristica fondamentale per le comunicazioni quantistiche in spazio libero e in particolare nel caso in cui venisse installato su satellite per QKD a lunga distanza.
«Grazie a questa nuova tecnologia, la sorgente di stati quantistici è stata subito pronta a produrre chiavi dopo il trasporto dal laboratorio al luogo del test - dice Luca Calderaro -. Non è stata necessaria alcuna procedura di stabilizzazione tipica di altri sistemi di QKD, che spesso richiede tempo e l’intervento umano».
Il gruppo di ricerca ha sviluppato anche un nuovo algoritmo, chiamato Qubit4Sync, per sincronizzare i due terminali che scambiano la chiave. Invece di usare un hardware dedicato e un canale ottico addizionale, l’algoritmo è una procedura puramente software che usa gli stessi segnali ottici della QKD. Ciò rende il sistema più compatto, economico e facile da integrare con la rete ottica esistente. Per il test, i due terminali QKD sono stati portati in due edifici universitari distanti circa 3.4 km e in quartieri diversi della città. Sono stati collegati a due fibre ottiche sotterranee della rete di ateneo che hanno svolto i ruoli di canale quantistico e canale classico, necessario per il trasferimento di informazione ausiliaria.
«La QKD è utile in tutte le situazioni in cui la sicurezza è fondamentale. Infatti, offre sicurezza incondizionata per il processo di scambio di chiave- dice Marco Avesani, ricercatore dell’Università di Padova e primo autore dell’articolo assieme a Luca Calderaro e Giulio Foletto -. Ad esempio, può essere usata per crittografare e autenticare le comunicazioni fra gli ospedali oppure le transazioni monetarie fra le banche».
Nell’articolo, il gruppo di ricerca guidato dai Professori Paolo Villoresi e Giuseppe Vallone presenta un sistema semplice e stabile nel tempo che può generare chiavi crittografiche quantistiche su una linea in fibra ottica standard.
