Testata una videochiamata protetta con un nuovo sistema di QKD sulla rete in fibra
Nel numero di giugno 2021 della prestigiosa rivista dell’Optical Society of America «Optics Letters», i ricercatori del gruppo Quantum Future del Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione dell’Università di Padova hanno dimostrato la distribuzione di chiave quantistica per finalità istituzionali dell’Università sulla rete in fibra ottica dell’Ateneo patavino, utilizzando dei sistemi da loro sviluppati e brevettati. Questo test è un passo importante verso l’integrazione completa della sicurezza quantistica sulle reti in fibra ottica volta a implementare il salto tecnologico nella sicurezza delle comunicazioni sollecitato energicamente sia livello europeo che nazionale. 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.
«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. «Tipicamente, i sistemi di QKD necessitano di un complesso apparato di stabilizzazione e componenti addizionali per la sincronizzazione – aggiunge Avesani. Il nostro sistema, invece, riduce notevolmente le procedure di stabilizzazione e non richiede hardware aggiuntivo per sincronizzarsi, per cui si adatta direttamente alle normali reti di comunicazione attualmente utilizzate. Inoltre, il sistema è contenuto in contenitori rack standard, che si trovano di solito nelle server room».
Per produrre gli stati quantistici richiesti dalla QKD, i ricercatori hanno 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».
I ricercatori hanno sviluppato anche un nuovo algoritmo, chiamato Qubit4Sync, per sincronizzare i due terminali che scambiano la chiave. Invece di usare un hardware dedicatoe 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.Una videochiamata protetta dalla QKD
«Il test in campo è stato un successo – dice Giulio Foletto -. Abbiamo dimostrato che il nostro sistema semplificato può produrre chiavi alla velocità di vari kilobital secondo e che funziona tranquillamente fuori dal laboratorio, senza intervento umano. È stato anche veloce e facile da installare».In una dimostrazione i ricercatori hanno usato il loro sistema per proteggere una videochiamata fra il Rettore dell’Ateneo e il Direttore del Dipartimento di Matematica. Il sistema ha prestazioni comparabili con alternative di QKD commerciali in termini di velocità di produzione di chiave, ma – sottolineano gli autori sottolineano – ha meno componenti ed è più facile da integrare con la rete esistente. I ricercatori lavoreranno ancora per ridurre le dimensioni dell’apparato di ricezione e per rendere il sistema più resistente al rumore causato da altra luce che potrebbe viaggiare sulla stessa fibra del segnale quantistico. Questi sforzi per sviluppare un sistema completo e autonomo di QKD hanno dato vita a uno spin-off chiamato ThinkQuantum S.r.l., che porterà questa tecnologia sul mercato.
