Nello studio “Coherent phase transfer for real-world twin-field quantum key distribution”, pubblicato il 10 Gennaio 2022 sulla prestigiosa rivista Nature Communications, un team di ricercatori INRiM ha dimostrato sul campo una nuova tecnica per la crittografia quantistica in fibra ottica a lunga distanza.
La Quantum Key Distribution (QKD) ha provato che le leggi della fisica fondamentale permettono, attraverso lo scambio di singoli fotoni (le particelle elementari di cui la luce è composta), di scambiare chiavi di cifratura per trasmettere informazioni con un’elevata sicurezza e inviolabilità.
Il tema è particolarmente attuale e l’Unione Europea, grazie al progetto OQTAVO (nel quale INRiM è attivamente coinvolto), punta ad integrare le tecnologie quantistiche per la crittografia all’interno di servizi specifici su tutto il territorio dell’Unione.
Tuttavia, uno dei maggiori ostacoli allo sviluppo efficace in campo reale e su lunghe distanze di queste tecnologie è dovuto alla “fragilità” dei segnali quantistici scambiati.
A tal proposito INRiM ha dimostrato che, mettendo in sinergia l'interferometria laser coerente, le tecnologie a singolo fotone e la metrologia quantistica, è possibile migliorare in maniera significativa l’informazione contenuta nei fotoni scambiati, riducendo il numero di errori di trasmissione e aumentando la lunghezza dei messaggi. All'atto pratico, questi miglioramenti aprono alla possibilità di realizzare protocolli QKD estremamente più efficaci sfruttando la tecnica twin-field quantum key distribution, la più moderna e quotata candidata per lo scambio di chiavi crittografiche su lunghe distanze.
La ricerca, svolta su circa 200 km dell’Italian Quantum Backbone, una rete in fibra ottica di 1800 km realizzata da INRiM, è anche il risultato di una collaborazione con Toshiba Europe, multinazionale tra i leader mondiali nello sviluppo e nella commercializzazione di prodotti basati sulle tecnologie quantistiche, e con il Consorzio TOP-IX, il provider di rete che gestisce centinaia di km di fibra ottica del Nord Italia e che ha messo a disposizione parte dell’infrastruttura per questa sperimentazione.