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Quantum Internet: la ricerca esplorerà i qudit (sì, con la “d”)

Davide Bacco ha 5 anni di tempo e 1,5 miloni di euro per mostrare che la strada per l’internet quantistico passa dai qudit. Queste particelle garantirebbero più sicurezza e robustezza alla rete ma, prima di usarle, serve che le certezze matematiche trovino un riscontro in laboratorio. 

Pubblicato il 23 Feb 2023

qudit e Quantum internet

Può sembrare un errore di battitura, ma non lo è. Il qudit esiste, è un’unità computazionale multilivello, ed è ciò su cui alcuni ricercatori hanno scelto di puntare per risolvere alcune sfide nell’ambito del quantum computing. Tra loro c’è anche Davide Bacco che, dopo anni in Danimarca, è rientrato in Italia ad Agosto 2022, grazie alla borsa Rita Levi Montalcini. Questo ricercatore ha in mente una proposta che scompiglierebbe le carte in tavola di molti. L’European Research Council ha deciso di supportarlo nel dimostrare che sia una strada percorribile, assegnandogli lo Starting Grant dell’European Research Council da 1,5 milioni.

La nuova proposta per connettere dispositivi quantistici

Bacco, ora, ha tempo cinque anni per studiare e mostrare il funzionamento del “suo” internet quantistico, una rete che colleghi processori quantistici fisicamente distanti. “Il mio obiettivo è sviluppare un sistema di interconnessioni innovativo, che dovrà sfruttare le attuali fibre ottiche per creare link quantistici a livello mondiale. Oggi, molti gruppi di ricerca guardano alla polarizzazione per effettuare la codifica del fotone, usando i qubit. Così ottengono una comunicazione a due livelli che permette di trasmettere un singolo bit. Si potrebbero sfruttare meglio le potenzialità della meccanica quantistica, spingendosi a usare il qudit. Questo elemento permetterebbe di eseguire una codifica di più stati ed è molto piccolo. La mia idea è dimostrare che, basando sui qudit il quantum internet, si hanno rese migliori in termini di banda e di robustezza della comunicazione” spiega Bacco.

Con i fondi conquistati dovrà cercare un nuovo modo di generare, trasportare e manipolare i qudit, per dimostrare che possono essere una risorsa in più per il quantum internet.

Userà dei chip in silicio, con al posto di elettroni dei singoli fotoni, da manipolare e misurare in questa fotonica integrata. “Cambiando il protagonista, devo reinventare il carro, ma la ruota resta la stessa. I vantaggi del qudit, rispetto al qubit, sono matematicamente dimostrati. Con il mio progetto di ricerca potrò indagare se davvero conviene utilizzarli, e fino a che punto” spiega Bacco.

In laboratorio dovrà testare questa sua proposta in diversi contesti, portando la ricerca di base nella ricerca sperimentale. E vuole anche uscire dal laboratorio, per qualche caso pratico concreto, per esempio, sfruttando le attuali fibre ottiche. Le sfide maggiori saranno il manipolare queste unità e il trovare profili ben preparati sul mondo dei qubit e dei qudit. Adesso c’è una prevalenza di fisici, ma servono ingegneri.

Più calcoli, più sicurezza: le promesse del quantum internet

Potrà essere complesso anche far comprendere l’importanza di lavorare sul quantum internet, da alcuni visto come un filone di ricerca utopistico o secondario. Come accadrà con i computer, classici e quantistici, non si tratterà di sostituzione ma di convivenza e di complementarietà migliorativa. Alla base della sua realizzazione ci sono esigenze infrastrutturali come le trasmissioni in fibra ottica e la tecnologia satellitare. Poi si punta tutto sul fotone, che può compiere distanze elevate non interagendo troppo con il mondo esterno.

Il fronte della ricerca è ancora ampio e dibattuto, ma per Bacco “come per l’internet classico, prevediamo che ci sarà una progressione anche per l’internet quantistico. I suoi vantaggi sono evidenti, noti e concreti e riguardano la potenza di calcolo e la sicurezza”.

Collegando tanti dispositivi quantistici, posso raggiungere performance di computing elevate, risolvendo problemi sempre più complessi. Nella ricerca di nuovi farmaci e materiali, come per l’autenticazione delle firme digitali o il miglioramento del GPS e della sensibilità di localizzazione.

Casi pratici che beneficiano anche dell’elevato livello di sicurezza nella trasmissione di dati sensibili, promesso dal quantum internet. “Ora sfruttiamo chiavi private e pubbliche, conservate in ambiente sicuro, ma ci sono alcune limitazioni che posso superare, usando un link quantistico. La sicurezza diventa incondizionata, posso sapere sempre se qualcuno ha manomesso le mie informazioni sensibili. Questa applicazione è già in uso, si sta andando in quella direzione” spiega Bacco, raccontando dei progetti realizzati dalla Cina.

Una scommessa sulla comunicazione sicura

Come co-fondatore di QTI, quindi, non è né il primo né l’unico a puntare su questa soluzione. QTI sta cercando di trasformarla in business e, focalizzandosi sulla realizzazione di sistemi di distribuzione di chiavi quantistiche (QKD).

Nel 2021 il Gruppo TIM ha scelto di investirci, acquisendo il 49% del capitale sociale, impegnandosi su questo tema attraverso l´azienda Telsy, il suo competence center sulla cyber security. QTI continua a sviluppare la parte più fisica. “È un sistema end to end di crittografia in cui usiamo la fisica quantistica per mettere in sicurezza link. Il tutto va però poi integrato con le reti di comunicazione classiche odierne, e non è banale farlo. È una tecnologia nuova e da personalizzare caso per caso. È complesso, quindi, farne comprendere le potenzialità. Io le vedo nella comunicazione sicura tra sedi dislocate di una banca come nella protezione dei comandi che guidano una power grid” spiega Bacco. In futuro, sarà poi sempre più importante proteggere le nostre infrastrutture critiche e questa potrebbe essere una soluzione.

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