Nell’infinita corsa agli armamenti di crittografi e intercettatori, molti scommettono sull’aiuto della meccanica quantistica, la teoria che descrive il comportamento delle particelle subatomiche. I crittografi ritengono che grazie al fenomeno della correlazione quantistica (entanglement) si possa stabilire con certezza se un messaggio è stato intercettato o meno. In base alla teoria quantistica, infatti, l’intercettazione altera inevitabilmente il messaggio e il destinatario può quindi sapere che non è sicuro. Il fenomeno dipende dal fatto, sorprendente ma vero, che particelle con identiche proprietà create simultaneamente sono legate in modo tale che alterando le proprietà di una si cambiano anche quelle dell’altra, a prescindere dalla distanza che le separa.
I ricercatori di diversi paesi hanno testato la crittografia quantistica inviando messaggi attraverso le fibre ottiche e l’aria sotto forma di pacchetti di luce. Questo metodo, però, ha un difetto: il segnale viene assorbito dal mezzo che attraversa. La distanza massima che un segnale quantistico può raggiungere in una fibra ottica, per esempio, è di un centinaio di chilometri.
Un’alternativa è mandare fotoni correlati nel vuoto cosmico, dove niente può assorbirli, vale a dire trasmetterli via satellite. Ci si è chiesti a lungo se si potesse farlo mantenendo la correlazione. Adesso si sa che si può: gli esperimenti condotti da Pan Jianwei, un fisico dell’Università della scienza e della tecnologia della Cina di Hefei, lo hanno dimostrato.
Gli esperimenti sono stati resi possibili da Micius (nome latino di Mozi, filosofo cinese del quinto secolo aC), il primo satellite per le comunicazioni quantistiche del mondo lanciato nell’agosto del 2016. Grazie a Micius che orbita intorno alla Terra a 500 chilometri di altezza, Pan e i suoi colleghi hanno potuto testare i protocolli necessari al funzionamento di una rete globale per le comunicazioni quantistiche.
Il primo studio, pubblicato a giugno, ha dimostrato che i fotoni inviati dal satellite a coppie di stazioni terrestri restano correlati anche se le stazioni distano 1.200 chilometri tra loro. Forte di questo successo, il team ha tentato di usare la correlazione per “teletrasportare” informazioni in orbita. Il teletrasporto delle informazioni, così chiamato perché la materia non passa da un luogo all’altro, avviene quando in una coppia correlata di fotoni cambiando un aspetto quantistico del fotone controllato dal trasmettitore si osserva lo stesso cambiamento nel fotone controllato dal destinatario. Queste alterazioni dei fotoni trasmessi in sequenza possono veicolare informazioni, purché prima sia stato stabilito un codice.
Il gatto di Schrödinger
Per ridurre la quantità di atmosfera incontrata, e quindi il rischio d’interferenze, i ricercatori hanno usato la stazione di Ngari, in Tibet, che si trova a un’altitudine di 5.100 metri. Hanno quindi inviato un fotone di una coppia a Micius, tenuto l’altro a terra e, dopo averlo correlato a un terzo fotone, hanno misurato le alterazioni della sua polarizzazione e di quella del fotone sul satellite. Dai risultati pubblicati a luglio è emerso che i due fotoni si sono modificati in perfetta sincronia. Il team è così riuscito a teletrasportare le informazioni da terra al satellite. In un terzo studio, pubblicato sempre a luglio, Pan ha dimostrato che Micius è stato in grado di trasmettere informazioni utili, in forma di chiavi crittografiche, all’osservatorio di Xinglong, vicino a Pechino.
La sicurezza della crittografia quantistica poggia sul fatto che le intercettazioni spezzano la correlazione, come nel paradosso del gatto di Schrödinger, secondo cui un gatto in una scatola sarebbe al tempo stesso morto e vivo finché qualcuno non apre la scatola per guardare, e solo allora diventerebbe l’una o l’altra cosa.
La dimostrazione delle potenzialità di Micius ha gettato le basi per il tentativo successivo, riuscito, di condividere una chiave sicura tra Xinglong e una stazione di Nanshan, nello Xinjiang, a ben 2.500 chilometri di distanza. La prossima fase consisterà nel lanciare un satellite per le comunicazioni quantistiche in un’orbita più alta di quella di Micius. Pan vorrebbe raggiungere i 20mila chilometri di altitudine, per consentire al satellite di operare su un tratto molto più esteso di superficie terrestre e per testare la fattibilità della costruzione di una vera rete per le comunicazioni quantistiche. ◆ sdf
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Questo articolo è uscito sul numero 1221 di Internazionale, a pagina 99. Compra questo numero | Abbonati
