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0437. Reti quantistiche

Come funzionano le reti quantistiche? Saranno implementate? Saranno sfruttate per l'internet delle cose? Roberta Perini

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 L’obiettivo, non ancora raggiunto, delle reti quantistiche consiste nella possibilità di realizzare un network di comunicazione (simile, per molti aspetti, all’attuale Internet) in grado di sfruttare alcuni principi della fisica quantistica per trasportare in modo veloce e sicuro dei pacchetti d’informazione tra punti diversi del globo. Mentre in una rete informatica “normale” il bit (informazione elementare) icona_glossario può assumere uno solo di due stati ben definiti (cioè 0 o 1), il bit quantistico (detto anche “qubit”)icona_glossario è caratterizzato dalla possibilità di assumere valori sovrapposti (cioè contemporaneamente 0 e 1) per effetto dell’indeterminatezza derivante da un principio base della fisica dei quanti, noto come “Principio di indeterminazione di Heisenberg” icona_esperto[13]. Da un punto di vista sperimentale, i tentativi di realizzare un simile network partono dall’idea di sfruttare le proprietà fisiche di atomi caratterizzati da due stati di eccitazione elettronica ben distinta (equivalenti dello 0 e 1 del bit tradizionale): eccitando uno di questi atomi attraverso un fascio laser icona_glossario si determina il rilascio di un fotone che, sotto forma di energia legata ad un particolare stato quantico, trasferisce l’informazione (appunto il qubit) ad un secondo atomo. In pratica, appena il fotone stesso incide sul secondo atomo, riproduce in questo lo stesso stato quantico o polarizzazione dell’atomo iniziale, “sincronizzandolo”. I vantaggi di un trasferimento d’informazione di questo genere, come anticipato, sarebbero rilevanti sotto due aspetti fondamentali: in termini di velocità e quindi quantità di dati trasportabili e processabili (semplicemente grazie al fatto che i vettori sono particelle di luce) e in termini di sicurezza . Quest’ultimo aspetto (basato sulla cosiddetta “crittografia quantistica” ) può comprendersi, in qualche modo, considerando che ogni tentativo di intercettare dall’esterno un’informazione sulla rete quantistica (per esempio una password) significherebbe in sostanza usare un laser per “leggere” lo stato di un atomo: quest’azione inevitabilmente (cioè per le caratteristiche irriducibilmente quantistiche della password stessa) altererebbe il dato da carpire. Allo stato attuale, mentre è dimostrata la possibilità di creare canali di trasmissione da un punto A a un punto B, risulta ancora complicato immaginare la distribuzione della trasmissione all’interno di una rete, attraverso cioè una serie di “router” come avviene per Internet: in altri termini, se l’informazione può essere trasmessa tra due punti estremi di una fibra ottica, essa non può essere invece “rimbalzata” verso altri nodi appunto come avviene in una vera e propria rete. L’ostacolo sarebbe nel fatto che, nel caso dell’informatica quantistica, un router, per poter operare deve leggere il contenuto della trasmissione quantistica, con il risultato di alterarlo. Sono allo studio soluzioni molto complesse, dall’esito per nulla scontato, basate su impiego di “hub” per girare l’informazione a una molteplicità di destinatari: per poter effettuare la lettura questi sistemi convertirebbero in bit l’informazione ricevuta attraverso il normale sistema di crittografia quantistica, per poi riconvertirla in qubit per la successiva trasmissione ai diversi nodi collegati. Le scelte tecnologiche per questo tipo di approccio non sono al momento completamente definite e appaiono prefigurare solo soluzioni dai costi insostenibili.

 

Domenico Elia, fisico

 

ultimo aggiornamento luglio 2015

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