ESPERIMENTO DI TRASMISSIONE QUANTISTICA DELLA INFORMAZIONE FFFFFFFFFESEEEEE ESPERIMENTO DI TRASMISSIONE QUANTISTICA DELLA INFORMAZIONE In collaborazione tra: -Centro di cultura scientifica A Volta- Como -Universita’ di Camerino -Universita’ dell’Insubria, Como -Programma di cooperazione scientifica e tecnologica tra Italia e Giappone su “Quantum information, computation and communication”

~ 7 km

La diapositiva precedente mostra le localita’ di Como (Italia) e Chiasso (Svizzera) fra le quali si sta effettuando il test di crittografia quantistica. Le due localita’ distano circa 7 km. La postazione unica dell’esperimento e’ situata a Como, in particolare nei locali della Universita’ degli Studi dell’ Insubria. Da questa postazione segnali luminosi vengono inviati e ricevuti lungo la fibra ottica che collega Como a Chiasso. Si deve immaginare che due utenti siano posizionati alle estremita’ della fibra e utilizzino i segnali luminosi per comunicare. Nel nostro caso i due utenti sono entrambi situati a Como; pertanto la postazione di Chiasso fa soltanto da “ripetitore del segnale”. L’elemento di novita’ rispetto ad una normale telecomunicazione in fibra ottica e’ che i segnali luminosi possono garantire una sicurezza assoluta della comunicazione se soddisfano determinati requisiti. Il requisito principale e’ che gli impulsi siano molto attenuati, tanto da contenere, al limite, un singolo fotone. Quando questo avviene un principio della meccanica quantistica noto come “principio di indeterminazione di Heisenberg” garantisce che gli impulsi non possono essere letti o copiati senza che essi vengano al contempo modificati dall’operazione stessa di lettura/copiatura. Si noti che lavorare con impulsi attenuati non e’ altrettanto semplice che utilizzare impulsi molto intensi. Ad esempio per gli impulsi intensi, che possiamo considerare “classici”, e’ possibile disporre di amplificatori che compensano l’attenuazione del canale di fibra ottica; cio’ non e’ vero per gli impulsi attenuati (quantistici) per i quali un amplificatore altro non e’ che una sorgente di rumore.

7 km CHIASSO 7 km BOB COMO ALICE

La diapositiva precedente (2) mostra gli apparati di comunicazione che i due utenti, chiamati per comodita’ Alice e Bob, utilizzano per comunicare in modo sicuro. Le due scatole contengono solamente fibre ottiche e componenti elettroniche, e si prestano quindi ad essere miniaturizzate e prodotte a prezzi ragionevolmente bassi. Per la scatola di Alice questo e’ gia’ vero in parte visto che le sue dimensioni sono paragonabili a quelle di un computer portatile, e il prezzo delle sue componenti non supera quello di un computer di ultima generazione. La figura sotto la scatola di Bob mostra lo schermo del computer durante la fase di distillazione di una chiave sicura. Le barre verdi indicano il rate di generazione della chiave, mentre le barre gialle indicano il livello di errore: se esse non sono troppo alte allora Alice e Bob avranno la certezza che nessuno ha tentato di captare la loro comunicazione. Se invece esse diventano rosse i due utenti sapranno che qualcuno ha cercato di intromettersi, e che dunque la loro chiave non e’ sicura. Gli utenti procederanno allora alla rimozione della chiave non sicura e alla distillazione di una nuova chiave. Si noti che la crittografia “classica”, l’unica ad oggi in uso, non puo’ e non potra’ mai fornire ad Alice e Bob la stessa certezza di essere o non essere osservati. Ad oggi nessun gruppo italiano ad eccezione di quello di Camerino, ha effettuato esperimenti di crittografia quantistica. L’esperimento fra Como e Chiasso rappresenta per l’Italia una prima assoluta. Anche nel panorama internazionale sono pochissimi i tentativi di crittografia quantistica in condizioni reali, ossia al di fuori delle mura di un laboratorio. La distanza raggiunta (14 km fra Alice e Bob) e’ di tutto rispetto, e i risultati del test mostrano che si puo’ tentare di raddoppiarla in tempi brevi.