E’ lunga circa 1700 chilometri, parte da Torino e arriva a Matera. E’ realizzato in fibra ottica dall’INRIM. Stiamo parlando della dorsale di comunicazione italiana, protagonista del progetto quantistico svolto ad ottobre dal CNR, INRIM e dall’Università Tecnica danese.

Il progetto è nato per trovare uno schema semplice del QKD (quantum key distribution), pratico e definito con analisi a chiave finita. L’esperimento è stato svolto nell’area metropolitana di Firenze.

Il progetto caposaldo dell’Italian Quantum Backbone

QKD è l’acronimo di Quantum Key Distribution, una tecnica che consente di condividere i dati in maniera sicura, sfruttando i principi della meccanica quantistica. L’unità di informazione quantistica è il qu-bit che indica non solo i due stati in cui si trova il fotone ma anche una sovrapposizione tra questi.

Nel progetto è stato utilizzato il protocollo BB84, una soluzione semplice per il QKD. Sono presenti due stati quantistici con frequenza di ripetizione di 595 MHz:

  • Base Z per la codifica del bit chiave. E’ utilizzata per la raccolta dei fotoni che occupano solo lo stato di inizio e lo stato di fine.
  • Base X per il controllo di sicurezza, data dalla sovrapposizione della fase Z con la fase nulla. Gli impulsi misurati in questa base sono inviati a un interferometro a linea di ritardo (DLI). Monitorando il DLI è possibile verificare la presenza di potenziali disturbi di intercettazione.

Le due estremità della rete sono formate dal LENS (in cui sono presenti la tramittente Alice e il ricevitore Bob) e dal datacenter di Firenze (in cui è installato uno specchio ottico standard). Il collegamento avviene in area metropolitana con cavi in fibra scusa e configurazione loop-back di 40 km e 21 dB di perdita.

Sono presenti due modulatori di intesità, uno per generare gli impulsi condificati da un laser e l’altro per catturare lo stato in cui si trova il fotone. Questi due sono pilotati da un’FPGA, successivamente integrata con Alice. Un convertitore digitale-analogico a 8 bit pilota un modulatore di fase per la randomizzazione degli stati.

Infine, dalla parte di Bob è presente un filtro DWDM per separare la luce quantistica dalla luce classica. Quest’ultima è utilizzata come segnale di riferimento a un’unità di marcatura temporale che raccoglie le uscite dei due rivelatori. 

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Descrizione dello schema di progetto

Risultati sperimentali

In prima battuta il sistema ha mostrato una stabilità di 10 ore, per tale motivo è stata eseguita un’acquisizione continua per più di 4 ore. In questo caso, a causa della polarizzazione IM, il sistema è risultato meno stabile rispetto alle 10 ore. Inoltre in quest’ultimo caso Bob è risultato più vulnerabile con maggior perdita di informazioni.

Con questi esperimenti è stato possibile dimostrare come le fibre ottiche già installate in Italia siano adatte anche al traffico quantistico. Si creerebbe in questo modo un canale di comunicazione più sicuro e difficile da hackerare. L’eventuale presenza di attacco sarà tracciata con l’analisi dello stato X e i dati saranno continuamente inviati finché non giungeranno integri. E’ possibile monitorare gli attacchi alla rete con un rivelatore per le misurazioni della base X e una successiva analisi a chiave finita. Utilizzando inoltre impulsi coerenti deboli è possibile implementare uno schemain grado di rilevare gli attacchi controllando la divisione del numero di fotoni.

Il progetto sarà caposalgo per la costruzione dell’Italian Quantum Backbone, ovvero la dorsale italiana in fibra ottica per la comunicazione quantistica.

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