L’Internet Quantistica: comunicazione inattaccabile?

Come i fisici utilizzano fotoni entangled per costruire reti in cui nessuna spia può penetrare.

Un nuovo tipo di rete

Per decenni Internet si è affidata alla fisica classica: frammenti di informazioni viaggiano come impulsi elettrici o segnali luminosi lungo cavi in ​​fibra ottica. Ma nei laboratori di tutto il mondo sta prendendo forma un nuovo tipo di rete, che sfrutta le strane regole della meccanica quantistica. Gli ingegneri ritengono che questa Internet quantistica potrebbe fornire qualcosa che il web classico non avrebbe mai potuto offrire: comunicazioni fondamentalmente impossibili da intercettare senza lasciare traccia. L'idea non è più fantascienza; progetti pilota collegano già diverse città in tutti i continenti e l’infrastruttura viene costruita utilizzando singoli fotoni come portatori di informazioni.

La magia dell'entanglement

Al centro dell'Internet quantistica si trova un fenomeno chiamato entanglement, che Albert Einstein una volta definì "inquietante azione a distanza". Quando due particelle si intrecciano, la misurazione di una determina immediatamente lo stato dell'altra, anche quando sono separate da migliaia di chilometri. Questa misteriosa correlazione non è un segnale (nessuna informazione viaggia più veloce della luce) ma fornisce uno strumento perfetto per condividere le chiavi segrete. I ricercatori sono già riusciti a trasmettere fotoni entangled tra stazioni di terra e persino ai satelliti in orbita attorno alla Terra, dimostrando che il principio funziona nella pratica.

Crittografia indistruttibile

L'applicazione più matura dell'Internet quantistica è la distribuzione delle chiavi quantistiche, o QKD. In questo protocollo crittografico, due parti si scambiano una stringa di numeri casuali codificati negli stati quantistici delle singole particelle. Se un intercettatore tenta di intercettare il messaggio, l’atto di misurare gli stati quantistici lo disturba, lasciando chiare prove di manomissione. A differenza della crittografia odierna, che dipende da enigmi matematici che potenti computer potrebbero eventualmente risolvere, la sicurezza di QKD si basa sulle stesse leggi della fisica.

Dal laboratorio alla realtà

Oltre alla crittografia, i ricercatori immaginano una rete globale di nodi quantistici: piccoli processori che archiviano e inoltrano informazioni quantistiche come fanno oggi i router. Cina, Paesi Bassi e Stati Uniti hanno già dimostrato prototipi multi-nodo che si estendono da decine a centinaia di chilometri. Aziende come Toshiba e ID Quantique vendono sistemi QKD commerciali, mentre i giganti della tecnologia, tra cui Google e IBM, stanno gareggiando per costruire ripetitori quantistici in grado di estendere l’entanglement a interi continenti. L’infrastruttura è ancora giovane, ma i progressi stanno accelerando di anno in anno.

Perché è così difficile

Costruire un’internet quantistica utile non è un’impresa da poco. I fotoni entangled sono straordinariamente fragili; qualsiasi interazione con l'ambiente provoca decoerenza, distruggendo il delicato stato quantistico. Gli ingegneri devono raffreddare i componenti fino a raggiungere lo zero assoluto e proteggerli dai campi magnetici vaganti. Gli algoritmi per correggere gli errori quantistici sono ancora agli inizi e l’estensione della tecnologia a miliardi di utenti richiederà progressi nella scienza dei materiali, nell’ottica e nell’ingegneria informatica. I critici sottolineano che la crittografia classica rimane sicura per la maggior parte delle attività quotidiane, quindi è probabile che la rete quantistica integri, anziché sostituire, l’attuale Internet per i decenni a venire.