Trasmissione quantistica delle informazioni, nuovo protocollo da “record” usa i percorsi dei fotoni

Un nuovo protocollo di crittografia quantistica è stato sviluppato da un team di ricercatori guidato da Marcus Huber dell’Atomic Institute dell’Università della Tecnologia di Vienna. Il ricercatore, che ha collaborato con colleghi cinesi, è riuscito a creare un codice in cui le informazioni possono essere più facilmente crittografate in ambito quantistico.[1]

Nuovo protocollo va oltre il metodo classico

Come spiega il comunicato dell’Università viennese, il nuovo protocollo va oltre il metodo classico che vede l’utilizzo di fotoni che possono trovarsi in due stati diversi. Con questa nuova tecnologia quantistica ben otto fotoni diversi vengono utilizzati. Il risultato è un algoritmo crittografico quantistico più veloce e più robusto. Lo stesso protocollo viene descritto in uno studio pubblicato su Physical Review Letters.[2]

Polarizzazione dei fotoni per trasmettere informazioni

Come spiega lo stesso Huber, classicamente si usa la polarizzazione dei fotoni per trasmettere informazioni in ambito quantistico. In sostanza si sfruttano le differenze di un fotone che può oscillare sulla linea orizzontale o su quella verticale o si può trovare in una sovrapposizione quantomeccanica rispetto ad un’altra, stati nei quali una coppia di fotoni si può trovare contemporaneamente.

Usare le informazioni del percorso dei fotoni

Tuttavia è possibile trasportare informazioni con i fotoni in maniera indipendente dalla direzione della polarizzazione. Si può, per esempio, usare il percorso di fotone stesso, metodo che è stato usato da Huber che spiega: “Un raggio laser genera coppie di fotoni in un tipo speciale di cristallo. Ci sono otto punti diversi nel cristallo in cui ciò può accadere”.
In questo modo, a seconda del punto in cui viene creata la coppia di fotoni, ognuno di essi può spostarsi tramite otto diversi percorsi oppure può spostarsi su più percorsi contemporaneamente, cosa possibile dalla stessa meccanica quantistica.

Record di generazione di chiavi crittografiche quantistiche basate sull’entanglement

Nel comunicato emesso dall’università viennese si parla di “record di crittografia quantistica” in merito alle caratteristiche relative alla quantità di dati trasportati del nuovo protocollo.[1]
Secondo quanto spiega il comunicato, un nuovo record è stato infatti stabilito per quanto riguarda la generazione di chiavi crittografiche quantistiche basate sull’entanglement, record stabilito con 8300 bit al secondo e più di 2,5 bit per coppia di fotoni. Non si tratterebbe neanche di un record fine a se stesso secondo i ricercatori: queste caratteristiche fanno sì che il processo sia meno soggetto a malfunzionamenti.

Entanglement quantistico di fotoni

I due fotoni possono poi arrivare in luoghi del tutto diversi per essere analizzati. L’analisi prevede la misurazione di una delle otto possibilità, misurazione fatta a caso. Tuttavia eseguita la misurazione al punto di arrivo del primo fotone, automaticamente, si ottiene l’informazione anche del secondo fotone, un effetto denominato “entanglement”.
“Il fatto che qui usiamo otto possibili percorsi e non due diverse direzioni di polarizzazione come di solito accade, fa una grande differenza”, spiega Marcus Huber. “Lo spazio dei possibili stati quantistici diventa molto più grande. Il fotone non può più essere descritto da un punto in due dimensioni, matematicamente ora esiste in otto dimensioni”.

Note e approfondimenti

  1. Quantenkryptographie-Rekord mit höherdimensionalen Photonen | TU Wien (IA)
  2. Phys. Rev. Lett. 127, 110505 (2021) – Pathways for Entanglement-Based Quantum Communication in the Face of High Noise (IA) (DOI: 10.1103/PhysRevLett.127.110505)

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