L’Internet quantistico rappresenta un’innovazione rivoluzionaria nel campo delle telecomunicazioni, promettendo sicurezza ed efficienza senza precedenti nello scambio di informazioni, grazie all’applicazione dei principi della meccanica quantistica. Si tratta di una frontiera che ha suscitato molto interesse nelle aziende, ma che affronta ancora importanti sfide in termini tecnici e di estensione su larga scala.

Al centro dell’idea di un internet quantistico troviamo il protocollo Quantum Key Distribution (QKD), ossia una forma di crittografia basata sui principi di indeterminatezza e di entanglment, che permette una comunicazione estremamente sicura. Attualmente la direttrice di ricerca principale nello sviluppo di QKD è orientata a migliorare la velocità di generazione di chiavi crittografiche, che, ad oggi, è inferiore a quello dei sistemi di telecomunicazione tradizionali a fibra ottica.

Il team internazionale formato dall’Università di Firenze, l’Università dell’Aquila, l’Istituto nazionale di ottica del Consiglio nazionale delle ricerche (Cnr-Ino), l’Università tecnica della Danimarca (DTU) e l’azienda italiana QTI – Quantum Telecommunications Italy, ha recentemente pubblicato su Nature Communications uno studio chiamato “Practical high-dimensional quantum key distribution protocol over deployed multicore fiber“, che ha presentato una soluzione innovativa nel campo.

Grazie al laboratorio di ottica e fotonica INCIPICT dell’Università dell’Aquila, ha sviluppato un metodo di comunicazione quantistica che ha raddoppiato la velocità di generazione delle chiavi crittografiche, grazie all’utilizzo di stati multidimensionali presenti in speciali fibre ottiche di ultima generazione, note come fibre multi-core, installate nell’area dell’Aquila.

Secondo Davide Bacco, docente di Fisica della materia dell’Università di Firenze, attualmente i sistemi commerciali di QKD operano a una velocità di generazione delle chiavi dell’ordine di poche migliaia di bit al secondo, limitando l’utilizzo e le potenziali applicazioni di questa tecnologia. L’introduzione di stati quantistici multidimensionali può ampliare notevolmente l’efficienza di creazione delle chiavi crittografiche, consentendo un passaggio simile dal bianco e nero al colore nell’ambito della sicurezza delle comunicazioni.

Alessandro Zavatta, primo ricercatore del Cnr-Ino, sottolinea che nonostante i progressi compiuti, la generazione, la trasmissione e la misurazione di questi stati multidimensionali presentano ancora sfide tecnologiche da affrontare. L’esperimento è stato condotto utilizzando l’infrastruttura speciale sviluppata a L’Aquila nell’ambito del progetto INCIPICT, durante i lavori di ricostruzione successivi al terremoto del 2009. Questa ricostruzione ha trasformato la città in un’area aperta alla sperimentazione di nuove tecnologie, consentendo l’installazione delle prime fibre ottiche multi-core al mondo e creando un’infrastruttura unica nel suo genere.

Le fibre ottiche multi-core, che possono ospitare più nuclei ottici all’interno dello stesso mantello, sono ideali per la trasmissione di stati quantistici multidimensionali in quanto riducono l’effetto delle perturbazioni esterne. Cristian Antonelli, docente di Campi elettromagnetici dell’Università dell’Aquila, spiega che questa caratteristica le rende il candidato ideale per sfruttare appieno il potenziale delle comunicazioni quantistiche.

Il nuovo metodo di generazione delle chiavi basato su stati quantistici multidimensionali, combinato con l’infrastruttura unica dell‘Aquila, ha permesso di migliorare significativamente la velocità di generazione delle chiavi crittografiche. Il tasso finale di trasmissione di chiave sicura è stato misurato in 51.5 kbps su un canale di 52 km di lunghezza, risultato due volte superiore a quello ottenibile con un sistema tradizionale basato sui qubit nella stessa infrastruttura.