L’Italia stabilisce un doppio record nella comunicazione quantistica, quella basata sullo scambio di fotoni, che ha la caratteristica di poter trasmettere messaggi cifrati inviolabili. L’Agenzia spaziale italiana, con il suo centro di Geodesia spaziale di Matera, e l’Università di Padova hanno realizzato uno scambio a distanza di 1.700 chilometri di informazioni inviate tra Spazio e Terra, superando il record mondiale di distanza di trasmissione (144 km) e realizzando per la prima volta questo scambio via satellite. Sono stati così verificati in via sperimentale alcuni principi base della meccanica quantistica, come il mantenimento dello stato di un fotone su un canale di comunicazione.
A illustrare l’importanza dell’esperimento – frutto di un lavoro iniziato nel 2003 – il presidente dell’Asi, Roberto Battiston (nella foto), insieme a Paolo Villoresi, coordinatore del gruppo dell’ateneo padovano che ha lavorato alla ricerca, Giuseppe Vallone (prima firma dell’articolo “Experimental satellite quantum communications” accettato per la pubblicazione su Physical Review Letters) e Giuseppe Bianco, direttore del Centro Geodesia Spaziale del’Asi.
“Le informazioni oggi viaggiano in fibra o in onde radio – spiega Battiston – utilizzando i bit. Ogni bit può essere memorizzato, copiato, intercettato”. Dunque i bit non si prestano a rendere sicure le comunicazioni, per le quali serve una chiave crittografica che deve essere conosciuta solo dai legittimi corrispondenti. “La soluzione è offerta dalla comunicazione quantistica, che si fonda sui principi base della fisica e che sfrutta le tecniche della meccanica quantistica, e riesce a garantire comunicazioni sicure. Se io ricevo il messaggio, vuol dire che nessuno lo ha violato, altrimenti viene distrutto”.
Nella comunicazione quantistica il bit viene sostituito dal qubit (quantum-bit) che rappresenta uno stato elementare di un sistema microscopico e con cui la comunicazione avviene attraverso l’invio da un trasmettitore al ricevitore degli stati quantistici di singoli fotoni, impulsi di luce che sostituiscono quelli elettrici. “Tutto quello che si basa sugli algoritmi può essere decrittato, un sistema di comunicazione quantistica no”, aggiunge Battiston. E la necessità di proteggere le comunicazioni è sempre più evidente in un mondo in cui la sicurezza della comunicazione vuol dire sicurezza dei servizi (ad esempio bancari) e dei cittadini. I quantum-bit potrebbero essere dunque destinati a proteggere le nostre informazioni e sostituire i bit matematici oggi in uso, aprendo nuove strade per le comunicazioni sicure.
I primi risultati della ricerca, ha detto Villoresi, sono arrivati nel 2008. Poi il lavoro è andato avanti fino alle sperimentazioni avviate lo scorso anno e che hanno portato al risultato annunciato. “Oggi possiamo dire che la comunicazione quantistica Spazio-Terra è possibile – spiega Battiston – Dal punto di vista delle applicazioni, avere una chiave sicura apre scenari molto interessanti”.
L’esperimento ha richiesto professionalità diverse e strumenti di alta precisione, da qui il coinvolgimento del Centro di Geodesia di Matera che ospita un sofisticato osservatorio di telemetria laser di satelliti geodetici, unici dotati di particolari retroriflettori in grado di simulare un trasmettitore quantistico in orbita. Al momento, infatti, non ci sono satelliti equipaggiati con un trasmettitore o un ricevitore quantistico.
“L’utilizzo dei satelliti per la comunicazione quantistica – aggiunge Vallone – estende la possibilità di comunicazioni sicure nel mondo”. Prossimi passi? “Pensare, ad esempio, di utilizzare la Stazione Spaziale Internazionale come hub per la comunicazione quantistica”.
