Benjamin Lanyon dell’Università di Innsbruck in Austria nel maggio 2023 ha compiuto un passo importante verso la creazione di un nuovo tipo di Internet: ha trasferito informazioni per mezzo di una fibra ottica lunga 50 chilometri utilizzando i principi della fisica quantistica.
Le informazioni nella fisica quantistica differiscono dalle unità di dati – cifre binarie – archiviate ed elaborate dai computer che costituiscono il nucleo dell’attuale World Wide Web. Il regno della fisica quantistica copre le proprietà e le interazioni di molecole, atomi e persino particelle più piccole come elettroni e fotoni.
Potere delle particelle
I bit quantistici, o “qubit”, offrono la promessa di trasmettere informazioni in modo più sicuro perché le particelle vengono modificate dall’atto di osservarle e misurarle. Ciò significa che un intercettatore non può passare inosservato.
Benjamin Lanyon ha affermato:
«Il mio lavoro fa sembrare fattibile l’Internet quantistica all’interno delle città, dopodiché l’obiettivo sarà quello di raggiungere distanze interurbane più lunghe, si potrebbe immaginare che si tratti di una scala di grande città».
La scoperta di Benjamin Lanyon fa parte di un progetto di ricerca dell’UE per avvicinare l’obiettivo di un’Internet quantistica. Il progetto chiamato Quantum Internet Alliance, o QIA, riunisce istituti di ricerca e aziende di tutta Europa. L’iniziativa riceverà 24 milioni di euro di finanziamenti dall’UE nell’arco di tre anni e mezzo fino alla fine di marzo 2026.
Stephanie Wehner è una fisica e informatica tedesca. È la Roadmap Leader dell’iniziativa Quantum Internet and Networked Computing presso QuTech, Delft University of Technology. È anche nota per aver introdotto il modello di accumulo rumoroso nella crittografia quantistica, ha affermato:
«Non è pensato per sostituire la classica Internet, ma per lavorare insieme. Non sostituiremo Netflix».
Il concetto chiave nella fisica quantistica è l’entanglement (si manifesta quando due particelle sono intrinsecamente collegate e questa unione ha effetti sul sistema fisico: qualsiasi azione o misura sulla prima ha un effetto istantaneo anche sulla seconda – e viceversa – anche se si trova a distanza). Praticamente se due particelle sono intrecciate, non importa quanto siano distanti nello spazio, possederanno proprietà simili, ad esempio, entrambe avranno la stessa misurazione del cosiddetto “spin”, una versione quantistica della direzione in cui le particelle ruotano. Lo stato di spin delle particelle non è chiaro finché non vengono osservate. Fino allora, si trovano in più stati chiamati sovrapposizione, ma quando se ne osserva una, si conosce lo stato di entrambe le particelle.
Possibilità in abbondanza
Ciò è utile nelle comunicazioni sicure. Coloro che riuscissero ad hackerare una trasmissione quantistica, lascerebbero dietro di sé una traccia evidente del loro tentativo, provocando un cambiamento nello stato di una particella osservata.
Stephanie Wehner ha affermato:
«Possiamo utilizzare le proprietà dell’entanglement quantistico per ottenere un mezzo di comunicazione sicuro che possa essere dimostrato sicuro, anche se l’aggressore possiede un computer quantistico».
Le comunicazioni sicure offerte da un’Internet quantistico potrebbero aprire una gamma molto più ampia di applicazioni che vanno ben oltre i limiti dell’Internet classica.
Stephanie Wehner ha aggiunto:
«In medicina, ad esempio, la fisica dell’entanglement consente un livello di sincronizzazione dell’orologio che può migliorare la telechirurgia. Se voglio eseguire un intervento chirurgico su un nodo remoto, voglio che il tempo sia molto preciso per non commettere errori. L’astronomia è un altro potenziale beneficiario. I telescopi che effettuano osservazioni a distanza potrebbero utilizzare un’internet quantistica per generare entanglement tra i sensori e ottenere un’immagine migliore del cielo».
Il bancomat potrebbe essere un altro esempio, attualmente, se un bancomat si blocca mentre una persona sta prelevando del denaro, l’apparecchio suppone che non sia stato consegnato alcun contante, mentre un altro distributore registra un prelievo di denaro, un’internet quantistico potrebbe eliminare questa discrepanza.
Benjamin Lanyon ha affermato:
«Molte applicazioni dell’internet quantistico diventeranno evidenti dopo la creazione della tecnologia. Offre un’ampia gamma di nuove possibilità per effettuare misurazioni precise dello spazio e del tempo e per studiare il funzionamento del mondo e dell’universo».
Test sulla distanza
Il lavoro da svolgere ora è quello di scalare l’internet quantistico in modo da utilizzare molte particelle su lunghe distanze. Benjamin Lanyon e il suo team hanno anche dimostrato di poter comunicare non solo tra singole particelle, ma anche tra “treni” di particelle – in questo caso particelle di luce chiamate fotoni – accelerando il tasso di entanglement tra i nodi quantistici.
Benjamin Lanyon ha affermato:
«Se si invia un solo fotone alla volta, bisogna aspettare il tempo di percorrenza, ma se contemporaneamente si possono inviare treni di molti fotoni, si può aumentare la velocità di entanglement tra i nodi quantistici per le distanze che vogliamo».
L’obiettivo finale è quello di estendere i nodi quantistici a distanze molto più grandi, forse 500 chilometri, e creare un prototipo di internet quantistico in grado di collegare città remote, proprio come l’internet classico si basa su nodi diversi per creare una rete globale.
L’internet quantistico anche se potrebbe esistere per applicazioni specializzate già nel 2029, gli esperti sono cauti nell’azzardare ipotesi su quando una versione completa potrebbe essere disponibile per un’ampia gamma di usi.
Stephanie Wehner ha detto: «È una domanda molto difficile». Il Quantum Internet Alliance (QIA) mentre fa avanzare i componenti e i sistemi dell’Internet quantistica, l’Europa sta anche lavorando per sviluppare gli stessi computer quantistici, nel giugno 2023, un partenariato pubblico-privato dell’UE, l’impresa comune europea per il calcolo ad alte prestazioni, ha annunciato che sei paesi in Europa avrebbero ospitato computer quantistici. I paesi sono Repubblica Ceca, Francia, Germania, Italia, Polonia e Spagna.
L’obiettivo è garantire che l’Europa sia in prima linea nella rivoluzione delle tecnologie quantistiche. Si prevede che i computer quantistici avranno una potenza di calcolo senza precedenti con molti usi, inclusa la capacità di violare gli algoritmi crittografici che proteggono la maggior parte degli scambi dell’attuale Internet.
Campo affollato
L’Europa con le proiezioni secondo cui la metà dei sistemi crittografici più utilizzati saranno violati entro la fine del decennio, certamente non è l’unica ad essere interessata, negli ultimi anni la Cina e gli Stati Uniti hanno fatto progressi nel campo dell’informatica quantistica e dell’internet quantistico.
L’Europa tornando all’aspetto delle infrastrutture, ha intrapreso altre iniziative, sta sviluppando un’infrastruttura spaziale e terrestre integrata per le comunicazioni sicure, una sorta di blocco per l’Internet quantistico.
Stephanie Wehner ha affermato: «Sono molto orgogliosa di poter dire che siamo leader mondiali in molti settori».
Benjamin Lanyon in conclusione ha affermato:
«Sebbene in tutti i paesi interessati resti ancora molto lavoro da fare, i potenziali benefici preannunciano ulteriori progressi e scoperte tra non molto. Le società stanno sviluppando nuove applicazioni delle reti quantistiche a un ritmo piuttosto elevato».
