Tecnologie quantistiche, un nuovo paradigma trasversale

La chiusura di ESOF 2020 a Trieste e l'esperimento di crittografia quantistica realizzato dal CNR che si è svolto alla presenza del premier Giuseppe Conte. Il presidente Massimo Inguscio: "La ricerca costruisce il futuro e sarà un elemento essenziale per la ricostruzione. Le tecnologie quantistiche rappresentano un nuovo paradigma trasversale, che mette insieme ambiti diversi per offrire opportunità completamente nuove in settori che vanno dalla simulazione di nuovi farmaci e materiali con i calcolatori quantistici, ai sistemi a guida autonoma e l'agricoltura di precisione con i sensori quantistici, fino alla trasmissione sicura di dati con la comunicazione quantistica. Il CNR, con la sua multidisciplinarità, ha raccolto questa sfida anche in chiave europea e mette in atto strategie in sinergia con gli altri enti di ricerca, il mondo universitario e le imprese per costruire un
futuro basato sulla conoscenza e l'innovazione".

Trieste, 6 settembre 2020 - Nella giornata di domenica 6 settembre 2020 a Trieste, nell’ambito della cerimonia di chiusura di ESOF2020 - EuroScience Open Forum, è stata eseguita per la prima volta in Italia una dimostrazione pubblica di comunicazione criptata in fibra ottica con tecnologia quantistica italiana. La dimostrazione è stata realizzata dal gruppo di “Comunicazioni Quantistiche” del Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR) di Firenze grazie al Progetto “Quantum FVG”, finanziato dalla Regione Autonoma Friuli Venezia Giulia e coordinato dall’Università di Trieste. Per la comunicazione è stato utilizzato un tratto di circa 10 Km di fibra ottica della rete regionale della ricerca LightNet, che supporta l’iniziativa. La comunicazione è consistita in una video-chiamata criptata tra il Primo Ministro Giuseppe Conte dal Porto Vecchio, sede di ESOF2020, e il Rettore Roberto Di Lenarda dall’Università degli Studi di Trieste, introdotta dal presidente del CNR Massimo Inguscio.

Questa dimostrazione sottolinea sia l’impatto delle tecnologie quantistiche sulla sicurezza delle
comunicazioni, sia il contributo che l’Italia sta dando per lo sviluppo di questa nuova tecnologia
anche nel contesto Europeo. Infatti, l’Europa si sta dotando di una rete di comunicazioni
quantistiche, chiamata EuroQCI, che comprende fibre ottiche e satelliti, per garantire una grande
capillarità sul territorio da un lato e connessioni a lunga distanza dall’altro. In questo ambito, l’Italia
è all’avanguardia e sta contribuendo a EuroQCI con le proprie infrastrutture, centri di ricerca e
università. Trieste, grazie alla sua posizione strategica, ha un ruolo di fondamentale importanza per
estendere tale rete verso il nord e l’est Europa.

La sicurezza nelle comunicazioni è una priorità per i governi di tutto il mondo. Diversi metodi di
protezione vengono impiegati in funzione del livello di sicurezza che si vuole raggiungere. Il metodo
più sicuro e inviolabile prevede l’utilizzo di due copie della stessa chiave crittografica, cioè una
sequenza di numeri casuali, ciascuna posseduta solo dal mittente del messaggio e dal suo
destinatario, che viene utilizzata una volta sola. Si pone tuttavia il problema di come condividere le
due copie tra il mittente e il destinatario, senza che questa venga intercettata compromettendo la
sicurezza della comunicazione. Classicamente non si può fare di meglio che fidarsi del corriere,
umano oppure elettronico, incaricato di trasmettere la chiave.

Le tecnologie quantistiche permettono di risolvere questo problema. Mentre classicamente,
intercettando la copia della chiave trasmessa, è possibile farne un duplicato senza che il mittente o
il destinatario se ne accorgano, compromettendo così la comunicazione, questa operazione è
impossibile per chiavi quantistiche. Ogni tentativo di duplicazione di una chiave quantistica
comporta una sua alterazione, che può essere facilmente rilevata dal destinatario della
comunicazione con una semplice operazione di confronto tra le due copie. Durante la dimostrazione
di comunicazione quantistica, questa tecnologia e il suo funzionamento sono stati presentati.

Per la realizzazione della dimostrazione si ringraziano:
Il Dipartimento di Fisica dell’Università degli Studi di Trieste, in particolare Alessandro Baraldi,
Oliviero Angeli, Francesco Cesa, Mauro d'Achille, Lorenzo di Giacomo.
Il Comitato Tecnico Scientifico ed il Network Operating Center di LightNet. L'Ufficio Servizi per la
divulgazione scientifica dell'Università degli Studi di Trieste.
L'Istituto Nazionale di Ottica del CNR, in particolare Ilaria Vagniluca, Nicola Biagi, e Francesco Scazza.

L’Università Tecnica della Danimarca (DTU), in particolare Davide Bacco.
Per il supporto finanziario all’iniziativa, si ringraziano:
Il Dipartimento di Fisica dell’Università degli Studi di Trieste.
Il progetto “TEQ: Testing the Large-Scale Limit of Quantum Mechanics”, finanziato dal programma
europeo H2020 (N. 766900).
NATO Science for Peace and Security Programme.
“Quantum FVG” - Università degli Studi di Trieste

“Quantum FVG” è un progetto infrastrutturale finanziato dalla Regione Autonoma Friuli Venezia
Giulia, ed è gestito e coordinato dall’Università degli Studi di Trieste. Partirà nel 2021 e avrà come
obiettivo la realizzazione di una rete regionale di comunicazione quantistica su fibra ottica. Sarà
creato un link cittadino a Trieste, che sarà successivamente esteso a livello regionale con un
collegamento tra le città di Trieste e Udine. L'obiettivo di lungo periodo è collegare il backbone
quantistico di CNR e INRIM alla rete mitteleuropea QUAPITAL (www.quapital.eu), realizzando
quindi un collegamento transfrontaliero tra l’Italia e l’Est e il Nord Europa. “Quantum FVG” si
avvale della collaborazione di LightNet a cui si appoggia per l'utilizzo e la gestione della rete in fibra
ottica, e del CNR - INO per lo sviluppo della comunicazione quantistica. Le finalità del progetto sono
di carattere sia formativo, sia di ricerca e sviluppo tecnologico. Sarà realizzato un laboratorio di
ottica quantistica che sarà accessibile agli studenti che seguono un percorso formativo di fisica
quantistica; l’accesso alla rete LightNet consentirà di sperimentare la comunicazione quantistica sia
su fibre ottiche dedicate, sia su fibre