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Coloro cui sfugge completamente l'idea che è possibile aver torto non possono imparare nulla, tranne la tecnica. (Gregory Bateson)
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Internet quantistica: dal bit al qubit
TEORIE > CONCETTI > DEMOCRAZIA E WEB > QUANTISTICA
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E' in costruzione da qualche anno la nuova rete internet basata sulla fisica quantistica che stravolgerà le prestazioni dell'attuale internet. Il giornalista scientifico Gianluca Riccio scrive (bibliografia 2023): "Hai mai pensato a cosa accadrebbe se Internet, come la conosciamo, ricevesse un radicale "aggiornamento"? L’internet quantistico è un cambiamento che potrebbe rivoluzionare interi settori. Immagina un mondo in cui la tua connessione Internet è così sicura che nemmeno l'hacker più esperto potrebbe intercettarla. Dove gli interventi chirurgici a distanza sono coordinati con precisione millimetrica e i telescopi possono catturare immagini del cosmo come mai prima d’ora. È magia quantistica, tesoro, e l' Europa ci sta investendo. Non è un segreto che Internet oggi abbia i suoi limiti. E se potessimo andare oltre i bit e i byte e sfruttare le leggi della fisica quantistica? In questo ambito parliamo di qubit anziché di bit. I qubit hanno la straordinaria capacità di esistere in più stati contemporaneamente, grazie a un fenomeno chiamato sovrapposizione. Quali sono le possibili applicazioni? Una delle caratteristiche più affascinanti dell’Internet quantistica è la sicurezza. Nel mondo quantistico, l’atto stesso di osservare o misurare una particella ne cambia lo stato. Quindi buona fortuna agli hacker che tentano di intercettare i dati: verranno immediatamente scoperti. L’Internet quantistica potrebbe avere applicazioni rivoluzionarie in medicina. Immaginate un chirurgo che esegue un intervento a distanza con tempi così precisi da non lasciare alcun margine di errore. Questo livello di precisione è reso possibile dalla fisica dell’entanglement, un altro fenomeno quantistico. E se sei appassionato di astronomia, preparati a rimanere stupito. I telescopi potrebbero utilizzare l’Internet quantistica per generare entanglement tra i sensori, ottenendo così immagini del cielo di qualità superiore. Non è fantascienza, è fisica applicata." Il giornalista Stefano Parisini scrive (bibliografia 2018): "Il satellite cinese Micius ha permesso di dimostrare la fattibilità concreta di un collegamento internet intercontinentale ultra-sicuro facendo comunicare Pechino con Graz, in Austria, attraverso un sistema di crittografia quantistica basato sulla trasmissione di un singolo fotone"
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Diagramma dell'invio di messaggi da Vienna a Pechino attraverso la rete quantistica integrata spazio-terra utilizzando il satellite cinese Micius, lanciato nel 2016. (Credito immagine: team CAS/Pan Jianwei)
Punto chiave di questa pagina
INTERNET QUANTISTICA: Il giornalista scientifico Luca Tremolada scrive: "Quindi il primo che arriva rompe internet? È così?”. Alessandro Curioni, vice presidente di Ibm e direttore del centro di ricerca di Zurigo, ci pensa un po’ su prima di rispondere. «Diciamo che con un computer quantistico universale, e un numero di Qubits grande a sufficienza allora sì, saremmo in grado di rompere le chiavi crittografiche che oggi utilizziamo. Non tutte – tiene subito a precisare – ma un particolare gruppo di crittografia connesso con l’autenticazione che però è il più diffuso». Cosa vuole dire in parole semplici? Potere fare saltare mezza economia digitale. Dalla metà degli anni ’90 la crittografia a chiave pubblica (Pkc) è diventata una componente fondamentale dell’infrastruttura digitale della comunicazione globale. Protocolli come Tls, Ssh e IPsec supportano applicazioni importanti per la nostra economia, la nostra sicurezza e il nostro modo di vivere, come smartphone, servizi bancari, e-commerce, social, reti e servizi per le aziende in cloud. Questi sistemi consentono infatti a più di 4,5 miliardi di utenti di operare sul web in totale sicurezza. È stato calcolato che il mancato riconoscimento del rischio che il quantum computing comporta per la Pkc potrebbe costarci trilioni di dollari."
Punti di riflessione
Lunga vita alla Quantum Key Distribution (QKD). Cisco l’aveva predetto a inizio anno ed è ciò che si sta verificando nei fatti. “Sebbene la crittografia post-quantistica (PQC) sia una potenziale soluzione in caso di emergenza – aveva affermato – gli schemi PQC potrebbero essere violati. La distribuzione a chiave quantistica (QKD) è dunque destinata ad avere un impatto significativo poiché evita la distribuzione su canali non sicuri”. (Marta Abba)
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“Quindi il primo che arriva rompe internet? È così?”. Alessandro Curioni, vice presidente di Ibm e direttore del centro di ricerca di Zurigo, ci pensa un po’ su prima di rispondere. «Diciamo che con un computer quantistico universale, e un numero di Qubits grande a sufficienza allora sì, saremmo in grado di rompere le chiavi crittografiche che oggi utilizziamo. Non tutte – tiene subito a precisare – ma un particolare gruppo di crittografia connesso con l’autenticazione che però è il più diffuso». Cosa vuole dire in parole semplici? Potere fare saltare mezza economia digitale. Dalla metà degli anni ’90 la crittografia a chiave pubblica (Pkc) è diventata una componente fondamentale dell’infrastruttura digitale della comunicazione globale. Protocolli come Tls, Ssh e IPsec supportano applicazioni importanti per la nostra economia, la nostra sicurezza e il nostro modo di vivere, come smartphone, servizi bancari, e-commerce, social, reti e servizi per le aziende in cloud. Questi sistemi consentono infatti a più di 4,5 miliardi di utenti di operare sul web in totale sicurezza. È stato calcolato che il mancato riconoscimento del rischio che il quantum computing comporta per la Pkc potrebbe costarci trilioni di dollari. (Luca Tremolada)
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Costruzione di un’internet quantistica globale
Il giornalista scientifico Ian Sample scrive (vedi bibliografia 2017):

Gli scienziati hanno compiuto un passo importante verso la costruzione di un’internet quantistica globale trasmettendo particelle di luce “intrecciate” da un satellite alle stazioni di terra a più di 700 miglia di distanza. L’impresa apre la strada a un nuovo tipo di Internet che si avvale della curiosa capacità delle particelle subatomiche di connettersi tra loro nonostante siano distanti e persino su lati opposti del pianeta. I ricercatori ritengono che collegando insieme le particelle in questo modo, le informazioni crittografate potrebbero essere inviate da un luogo all’altro attraverso una rete quantistica senza il pericolo che vengano decrittografate e lette da altri, come si può fare sull’Internet esistente.
Jian-Wei Pan, che ha guidato la ricerca presso l'Università della Scienza e della Tecnologia di Hefei in Cina , ha detto che la dimostrazione era un momento che sognava dal 2003. "Molte persone pensavano che fosse un'idea folle, perché era molto impegnativa ," Egli ha detto. Il lavoro cancella il precedente record mondiale di invio di coppie di fotoni collegati tra loro da una strana regola della fisica quantistica individuata per la prima volta da Einstein. Fino ad ora, la distanza più lontana che i ricercatori avevano mai inviato si trovava a sole 65 miglia, meno di un decimo della distanza raggiunta nell’esperimento satellitare. "È un primo passo, e un passo importante, verso la creazione di una rete quantistica globale", ha affermato Pan. "Tutti i metodi precedenti sono limitati a circa 100 km, quindi possono funzionare solo all'interno di una città."
L'esperimento si basava sul primo veicolo spaziale al mondo abilitato ai quanti: un satellite cinese chiamato Micius . Mentre sorvolava la Cina, il satellite creava coppie di fotoni con proprietà collegate attraverso l’entanglement quantistico. Li ha poi trasmessi simultaneamente alle stazioni di terra di Delingha, Lijiang e Nanshan. Ciascuna coppia di particelle ha viaggiato fino a 1.240 miglia prima di raggiungere la propria destinazione. I dettagli dello studio sono pubblicati su Science .
Pan ha affermato che il tipo di crittografia utilizzata oggi per mantenere i dati al sicuro si basa su una matematica complessa che spesso può essere sconfitta dagli hacker. "Se verrà creata una futura rete quantistica, la sicurezza sarà garantita dalle leggi della fisica, che sono incondizionatamente sicure", ha affermato. “Sarà vantaggioso per tutti gli esseri umani.”
Comunicazioni quantistiche intercontinentali nel mondo reale effettuate dal satellite cinese Micius
Illustrazione delle tre stazioni terrestri cooperanti (Graz, Nanshan e Xinglong). Sono elencati tutti i percorsi utilizzati per la generazione della chiave e la corrispondente lunghezza della chiave finale
Comunicazioni quantistiche intercontinentali
PhysOrg scrive (vedi bibliografia 2018):

Un team congiunto Cina-Austria ha eseguito la distribuzione delle chiavi quantistiche tra il satellite per la scienza quantistica Micius e diverse stazioni terrestri situate a Xinglong (vicino a Pechino), Nanshan (vicino a Urumqi) e Graz (vicino a Vienna). Tali esperimenti dimostrano lo scambio sicuro di chiavi crittografiche satellite-terra durante il passaggio del satellite Micius su una stazione terrestre. Utilizzando Micius come relè di fiducia, è stata creata una chiave segreta tra Cina ed Europa in luoghi separati fino a 7.600 km sulla Terra. Le comunicazioni private e sicure sono fondamentali per l'uso di Internet e il commercio elettronico ed è importante stabilire una rete sicura con protezione globale dei dati. La crittografia tradizionale a chiave pubblica di solito si basa sull'intrattabilità computazionale di alcune funzioni matematiche. Al contrario, la distribuzione delle chiavi quantistiche (QKD) utilizza quanti di luce individuali (singoli fotoni) negli stati di sovrapposizione quantistica per garantire la sicurezza incondizionata tra parti distanti. In precedenza, la distanza di comunicazione quantistica era limitata a poche centinaia di chilometri a causa delle perdite di canali ottici delle fibre o dello spazio libero terrestre. Una soluzione promettente a questo problema sfrutta i collegamenti satellitari e spaziali, che possono collegare comodamente due punti remoti sulla Terra con una perdita di canale notevolmente ridotta, poiché la maggior parte del percorso di propagazione dei fotoni avviene attraverso lo spazio vuoto con perdita e decoerenza trascurabili. Un team interdisciplinare e multi-istituzionale di scienziati dell'Accademia cinese delle scienze, guidato dal professor Jian-Wei Pan, ha trascorso più di 10 anni sviluppando un sofisticato satellite, Micius, dedicato agli esperimenti di scienza quantistica, lanciato nell'agosto 2016 e orbita ad un'altitudine di ~ 500 km. Cinque stazioni terrestri in Cina si coordinano con il satellite Micius. Questi si trovano a Xinglong (vicino a Pechino), Nanshan (vicino a Urumqi), Delingha (37°22'44.43''N, 97°43'37.01"E), Lijiang (26°41'38.15''N, 100°1 '45.55''E) e Ngari in Tibet (32°19'30.07''N, 80°1'34.18''E).
La prima conferenza quantistica intercontinentale (29 settembre 2018)
Stefano Parisini scrive (bibliografia 2018): "Guardate l’immagine a fianco: probabilmente è la più noiosa e insignificante mai pubblicata da Media Inaf, ma contiene un ingrediente tecnologico nascosto, cruciale per lo sviluppo delle telecomunicazioni e del commercio mondiale. Si tratta di una videoconferenza tra l’Accademia delle Scienze cinese e quella austriaca, svoltasi lo scorso 29 settembre 2018 e durata 75 minuti.
Dov’è la novità? È che la trasmissione è stata crittografata con un sistema quantistico basato su connessioni in fibra ottica e satellitari. Rappresenta, quindi, il primo passo verso una rete internet quantistica globale."
Conclusioni (provvisorie): La nuova rete internet quantistica globale è vicina alla realizzazione sperimentale
E' in costruzione da qualche anno la nuova rete internet basata sulla fisica quantistica che stravolgerà le prestazioni dell'attuale internet. Il giornalista scientifico Gianluca Riccio scrive (bibliografia 2023): "Hai mai pensato a cosa accadrebbe se Internet, come la conosciamo, ricevesse un radicale "aggiornamento"? L’internet quantistico è un cambiamento che potrebbe rivoluzionare interi settori. Immagina un mondo in cui la tua connessione Internet è così sicura che nemmeno l'hacker più esperto potrebbe intercettarla. Dove gli interventi chirurgici a distanza sono coordinati con precisione millimetrica e i telescopi possono catturare immagini del cosmo come mai prima d’ora. È magia quantistica, tesoro, e l'Europa ci sta investendo. Non è un segreto che Internet oggi abbia i suoi limiti. E se potessimo andare oltre i bit e i byte e sfruttare le leggi della fisica quantistica? In questo ambito parliamo di qubit anziché di bit. I qubit hanno la straordinaria capacità di esistere in più stati contemporaneamente, grazie a un fenomeno chiamato sovrapposizione. Quali sono le possibili applicazioni? Una delle caratteristiche più affascinanti dell’Internet quantistica è la sicurezza. Nel mondo quantistico, l’atto stesso di osservare o misurare una particella ne cambia lo stato. Quindi buona fortuna agli hacker che tentano di intercettare i dati: verranno immediatamente scoperti. L’Internet quantistica potrebbe avere applicazioni rivoluzionarie in medicina. Immaginate un chirurgo che esegue un intervento a distanza con tempi così precisi da non lasciare alcun margine di errore. Questo livello di precisione è reso possibile dalla fisica dell’entanglement, un altro fenomeno quantistico. E se sei appassionato di astronomia, preparati a rimanere stupito. I telescopi potrebbero utilizzare l’Internet quantistica per generare entanglement tra i sensori, ottenendo così immagini del cielo di qualità superiore. Non è fantascienza, è fisica applicata." Il giornalista Stefano Parisini scrive (bibliografia 2018): "Il satellite cinese Micius ha permesso di dimostrare la fattibilità concreta di un collegamento internet intercontinentale ultra-sicuro facendo comunicare Pechino con Graz, in Austria, attraverso un sistema di crittografia quantistica basato sulla trasmissione di un singolo fotone"
per scaricare le conclusioni (in pdf):
La razionalità richiede impegno personale!
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Pagina aggiornata il 2 febbraio 2024

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Quest'opera è distribuita con Licenza Creative Commons Attribuzione 2.5 Generico
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