Toshiba batte il record di trasmissione di segnali quantistici su fibra ottica
di Riccardo Robecchi pubblicata il 11 Giugno 2021, alle 15:41 nel canale Innovazione
Toshiba ha annunciato di aver sviluppato una tecnica che permette di effettuare comunicazioni quantistiche tramite fibra ottica su distanze da record: l'azienda è riuscita a trasmettere un segnale a 600 km di distanza
Toshiba ha annunciato di aver superato i record precedenti di trasmissione di un segnale quantistico su fibra ottica, arrivando a una distanza di 600 km. Il risultato è stato raggiunto dal laboratorio dell'azienda a Cambridge, nel Regno Unito.
Toshiba trasmette un segnale quantistico su fibra ottica a 600 km di distanza
La creazione di una rete di computer quantistici potrebbe ipoteticamente portare a superare numerose limitazioni nella potenza di calcolo di questi oggetti: il momento in cui i singoli computer quantistici saranno sufficientemente potenti da affrontare calcoli realmente utili, come la simulazione di molecole complesse, è ancora molto lontano, dunque l'idea di metterne insieme più d'uno è allettante. Ma per fare ciò bisogna scontrarsi con le limitazioni imposte dalla complessa fisica quantistica, che rendono la comunicazione su lunghe distanze particolarmente complicata.
Un ulteriore vantaggio di una "Internet quantistica" sarebbe la possibilità di trasmettere informazioni che sarebbero, di fatto, non intercettabili. Il "trucco" sta nel fatto che, semplificando un po' le cose, osservare uno stato quantistico lo altera. È dunque possibile costruire un sistema nel quale la cifratura è data proprio dallo stato quantistico: un'eventuale intercettazione non potrebbe far altro che leggere il dato, ma non potrebbe poi inviarlo nuovamente con lo stesso stato quantistico, svelando così l'intercettazione stessa. Per usare una metafora, è come se si inviasse un messaggio scrivendolo sull'interno di un vaso: l'unico modo per leggerlo è rompere il contenitore, ma a quel punto è impossibile ricomporlo senza che la rottura sia evidente.
Viste queste possibili applicazioni, l'annuncio di Toshiba del successo nella trasmissione di qubit su una distanza di 600 km è significativo. E lo è in primis perché è stata utilizzata fibra ottica convenzionale. Il segreto del successo di Toshiba sta nella tecnica impiegata nella creazione del segnale: l'azienda ha usato una stabilizzazione a doppia banda che usa due segnali ottici assieme al qubit vero e proprio, garantendo così una maggiore stabilità del segnale su lunghe distanze.
Il primo segnale luminoso viene inviato usando una lunghezza d'onda che permette di cancellare le fluttuazioni introdotte dall'ambiente, mentre il secondo opera alla stessa lunghezza d'onda del qubit e viene usato per controllare la fase della luce. In questo modo Toshiba è riuscita a mantenere il segnale entro poche decine di nanometri dall'originale lungo l'intero percorso, arrivando così al risultato dei 600 km di trasmissione.
Toshiba sta scommettendo molto sulla ricerca in ambito quantistico e prevede di rendere la crittografia quantistica una delle sue principali fonti di reddito in futuro. "È un risultato entusiasmante", afferma Mirko Pittaluga, uno degli autori dello studio. "Con le nuove tecniche che abbiamo sviluppato sono possibili ulteriori estensioni della distanza di comunicazione per la QKD [Quantum Key Distribution, NdR] e le nostre soluzioni possono essere applicate ad altri protocolli e applicazioni per le comunicazioni quantistiche."
È stato pubblicato uno studio su Nature Photonics.
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5 Commenti
Gli autori dei commenti, e non la redazione, sono responsabili dei contenuti da loro inseriti - infoCioè.. un segnale su fibra ottica è sempre un impulso luminoso che poi viene decodificato come informazione.. ma il segnale sempre quello è, che ci sia attaccato un pc normale, un supercomputer o un computer quantistico.. o no?
Il piano di Toshiba per la crittografia quantistica: 3 miliardi di dollari entro il 2030
Per essere più specifici, l'azienda si starebbe specializzando in [U]un settore chiamato quantum key distribution o QKD[/U] in breve (in italiano "distribuzione di chiavi quantistica"
Va bene. Ma sulla fibra ottica passano sempre e comunque impulsi luminosi, non è che possono passarci altre cose.
Poi questi impulsi puoi reinterpretarli come ti pare, dai dati puri al segnale audio al segnale video o altro ancora. Ma sempre e comunque impulsi luminosi restano, non è che possono passarci dei "qbit"
Anche ste chiavi di natura quantistica.. esistono solo all'interno di un computer quantistico.. come fai a salvare su un supporto uno status che cambia se viene letto?
Poi questi impulsi puoi reinterpretarli come ti pare, dai dati puri al segnale audio al segnale video o altro ancora. Ma sempre e comunque impulsi luminosi restano, non è che possono passarci dei "qbit"
Anche ste chiavi di natura quantistica.. esistono solo all'interno di un computer quantistico.. come fai a salvare su un supporto uno status che cambia se viene letto?
Certo, passano sempre segnali luminosi, ma non sono mica tutti uguali! Un qubit altro non è che una particella subatomica (un fotone, un elettrone...) alla quale cambi una o più proprietà, come lo spin nel caso dell'elettrone o la polarizzazione nel caso del fotone. Tale proprietà convive con altre e questo insieme di proprietà è quello che definisce lo stato della particella e che ti permette di codificare informazioni.
Ora, il fatto è che le leggi della fisica dicono che non puoi leggere tutti gli stati della particella (principio di indeterminazione di Heisenberg) e che se "leggi" lo stato di una particella, dopo la lettura questo si altera e non puoi dopo ricrearlo perfettamente. L'esempio tipico è quello della posizione e della velocità dell'elettrone: per misurare una alteri l'altra caratteristica, quindi non puoi conoscerle entrambe nello stesso momento; puoi, però, conoscerne una e sapendo quale sia è possibile leggerla correttamente mantenendo le informazioni.
Ciò che è interessante del risultato di Toshiba è il fatto che è riuscita a trovare un modo per trasmettere fotoni su fibra ottica tradizionale preservandone lo stato quantistico su una distanza ragguardevole.
L'utilizzo molto utile della trasmissione di dati quantistici è la creazione di comunicazioni quantistiche tra computer quantistici: di fatto una rete quantistica. In questo modo puoi, come ho scritto, di fatto creare cluster di computer quantistici o comunque garantire la comunicazione tra più computer, cosa che apre a moltissimi scenari interessanti (basta pensare a cosa hanno fatto le reti ai computer tradizionali).
L'altro effetto di tutto ciò è che puoi codificare delle informazioni all'interno dello stato di alcune particelle ed essere certo che non sia possibile intercettazione, perché chi leggesse lo stato delle particelle lo altererebbe irreparabilmente. Per questo si parla di trasmissione quantistica come di qualcosa di "non intercettabile": perché se ci fosse un'intercettazione, sarebbe immediatamente evidente (e l'ultima cosa che vuoi far sapere è che hai intercettato le comunicazioni!). Le chiavi quantistiche di cui parli, invece, non sono altro che chiavi crittografiche normalissime create con metodi quantistici. Non servono computer quantistici per essere usate. La loro particolarità sta nel fatto che i computer tradizionali non sono in grado di svolgere le operazioni matematiche necessarie per ottenerle in tempi rapidi o, in alcuni casi, nel fatto che sono equiparabili a chiavi crittografiche lunghe come il messaggio da inviare e sono pertanto indecifrabili.
Ora, il fatto è che le leggi della fisica dicono che non puoi leggere tutti gli stati della particella (principio di indeterminazione di Heisenberg) e che se "leggi" lo stato di una particella, dopo la lettura questo si altera e non puoi dopo ricrearlo perfettamente. L'esempio tipico è quello della posizione e della velocità dell'elettrone: per misurare una alteri l'altra caratteristica, quindi non puoi conoscerle entrambe nello stesso momento; puoi, però, conoscerne una e sapendo quale sia è possibile leggerla correttamente mantenendo le informazioni.
Ciò che è interessante del risultato di Toshiba è il fatto che è riuscita a trovare un modo per trasmettere fotoni su fibra ottica tradizionale preservandone lo stato quantistico su una distanza ragguardevole.
L'utilizzo molto utile della trasmissione di dati quantistici è la creazione di comunicazioni quantistiche tra computer quantistici: di fatto una rete quantistica. In questo modo puoi, come ho scritto, di fatto creare cluster di computer quantistici o comunque garantire la comunicazione tra più computer, cosa che apre a moltissimi scenari interessanti (basta pensare a cosa hanno fatto le reti ai computer tradizionali).
L'altro effetto di tutto ciò è che puoi codificare delle informazioni all'interno dello stato di alcune particelle ed essere certo che non sia possibile intercettazione, perché chi leggesse lo stato delle particelle lo altererebbe irreparabilmente. Per questo si parla di trasmissione quantistica come di qualcosa di "non intercettabile": perché se ci fosse un'intercettazione, sarebbe immediatamente evidente (e l'ultima cosa che vuoi far sapere è che hai intercettato le comunicazioni!). Le chiavi quantistiche di cui parli, invece, non sono altro che chiavi crittografiche normalissime create con metodi quantistici. Non servono computer quantistici per essere usate. La loro particolarità sta nel fatto che i computer tradizionali non sono in grado di svolgere le operazioni matematiche necessarie per ottenerle in tempi rapidi o, in alcuni casi, nel fatto che sono equiparabili a chiavi crittografiche lunghe come il messaggio da inviare e sono pertanto indecifrabili.
Grazie!
Non ho capito proprio tutto ma il concetto adesso è di gran lunga più chiaro!
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