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Nell'eterna lotta per la sicurezza e la protezione dei dati tra hacker ed esperti di sicurezza informatica, la speranza di molti è affidata alla meccanica quantistica. Da anni, infatti, molti scienziati e ricercatori stanno tentando di applicare – con alterni successi – i principi della quantistica anche al mondo della sicurezza informatica e della comunicazione tra computer. Sono così nate branche come l'informatica quantistica e la rete quantistica¸ con le quali si tenta di migliorare sia la capacità di calcolo sia le difese dei sistemi di comunicazione a distanza (ivi comprese quelle senza fili).
E mentre i big della Silicon Valley si scontrano a colpi di qubit (equivalente quantistico del bit), con Google, Intel e IBM impegnate a realizzare computer quantistici sempre più potenti, diversi centri di ricerca universitari sono impegnati nel raffinare le basi della disciplina e testare nuove tecniche e tecnologie per l'invio di dati a distanza in maniera sicura mediante l'utilizzo della crittografia quantica.
La gran parte di queste prove – la quasi totalità, a esser sinceri – è stata finora realizzata nelle quattro mura dei laboratori, quindi all'interno di ambienti "protetti" creati appositamente per ottenere i risultati sperati. I ricercatori dell'Università di Ottawa, in Canada, hanno provato per la prima volta a utilizzare le stesse tecniche di trasmissione dati anche "all'aria aperta", tra interferenze, ostacoli e disturbi vari. I risultati fanno ben sperare per il futuro: grazie a una tecnologia chiamata crittografia quantistica 4D, gli scienziati canadesi sono stati in grado di abbattere l'intrinseco margine d'errore che caratterizza questo tipo di comunicazioni e garantire così i necessari livelli di sicurezza.
Che cos'è la crittografia quantistica
Quando si parla di criptazione quantica ci si riferisce all'applicazione del principio di indeterminazione di Heisenberg al mondo della sicurezza informatica. In particolare, la crittografia quantistica permette di conoscere con certezza se qualcuno ha tentato di inserirsi in una comunicazione quantica con un attacco del tipo man in the middle. Quando due nodi di una rete quantistica provano a mettersi in contatto, prima di tutto scambiano tra di loro chiavi crittografiche private, generate e trasmesse secondo il principio della distribuzione delle chiavi quantistiche. Ciò permette di avere una comunicazione sicura e protetta anche se avviene su canali non cifrati: un'eventuale interferenza provocata da un elemento esterno al binomio di partenza, infatti, finirebbe con il "corrompere" la stessa chiave crittografica rendendo così illeggibili dati e informazioni trasmessi.
Ed è così che funziona, a grandi linee, la rete quantistica e la criptazione quantica. Sfruttando particelle che rispondono alle regole della fisica quantistica (tipicamente il fenomeno dell'entanglement quantistico) - come i fotoni, ad esempio – si ha la certezza che il sistema di comunicazione non sia stato perturbato e che, dunque, nessuno sia riuscito a intercettare la chiave generata in maniera casuale e univoca in fase di partenza.
Come funziona la crittografia quantistica 4D
La criptazione quantica 4D è un'applicazione particolare della crittografia quantistica appena descritta. I ricercatori dell'Università di Ottawa hanno trasmesso i fotoni con una tecnica chiamata high-dimensional quantum encryption, in grado di "comprimere" il doppio dei dati in un singolo fotone. Così, se per il principio di indeterminazione di Heisenberg già citato un singolo fotone può assumere contemporaneamente il valore di "0" e "1", con la nuova tecnica degli scienziati canadesi la particella luminosa conterrà al proprio interno il doppio delle informazioni (convenzionalmente "00", "01", "10" e "11").
Questa tecnica, chiamata non a caso crittografia quantistica 4D, non solo può trasportare il doppio dell'informazione rispetto a quella di una rete quantica normale, ma offre livelli di sicurezza ancora più elevati ed è meno soggetta a fattori ambientali (come le turbolenze) o interferenze elettriche. Dunque, non c'è da stupirsi se, nel primo test condotto "en plein air" nel centro della metropoli canadese, gli scienziati sono stati in grado di trasmettere dei dati (con una percentuale d'errore dell'11%) a una distanza in linea retta di 300 metri.
Possibili utilizzi della crittografia quantica 4D
I prossimi passaggi prevedono esperimenti a più lungo raggio, che vedano il coinvolgimento di un terzo nodo. Ciò consentirà di verificare se la criptazione quantica 4D può funzionare anche in condizioni più estreme (si prevede di inviare dati a una distanza di circa 6 chilometri) e se, dunque, potrà essere impiegata anche per applicazioni "reali". Questa tecnologia, infatti, potrebbe ben presto essere utilizzata per consentire comunicazioni sicure tra satelliti e centri di controllo a terra, in località in cui è impossibile stendere una dorsale di fibra ottica o per implementare sistemi di comunicazione crittografata a bordo di oggetti in movimento, come ad esempio un aeroplano.
