L’informazione quantitativa è come un sogno: non puoi farne una copia perfetta

L'”https” dell’URL di un sito Web è un protocollo che fornisce una connessione crittografata tra te e quel sito Web, in modo che nessuno possa vederlo quando inserisci il tuo indirizzo in un negozio online. Ora è sicuro. “Ma qualsiasi cosa protetta con la tecnologia https può essere violata con un computer quantistico”, afferma l’informatico Gilles Brassard dell’Università di Montreal. Ciò vale anche per le transazioni bancarie online.

Quando sono arrivati ​​al QuSoft Research Institute di Amsterdam, dove Brassard ha occupato la sedia girevole di Turing negli ultimi sei mesi, indossavano una specie di cappello da pescatore beige. Durante la conversazione, si scopre che non sono solo in sintonia tra loro in termini di copricapo. Si completano a vicenda senza sforzo mentre parlano appassionatamente di crittografia quantistica.

I fotoni non sono pensati per l’archiviazione, sono per il viaggio

Jill Brassard Informatico

Come ti è venuta l’idea della crittografia quantistica?

CB: “È iniziato con un’idea del fisico Stephen Weisner, scomparso l’anno scorso. Ha inventato la “moneta quantistica” che era impossibile contraffare perché consisteva in informazioni quantistiche sotto forma di fotoni [lichtdeeltjes]. Le informazioni quantistiche cambiano quando provi a leggerle. È come un’informazione in un sogno: non puoi mostrarla agli altri e provare a descriverla cambia il tuo ricordo di essa. Ciò rende impossibile creare una copia perfetta dell’informazione quantistica. Ero entusiasta dell’idea di Wiesner e l’ho condivisa con Gilles per ascoltare il punto di vista dell’informatico. È così che è iniziata la nostra collaborazione.

Gordon: “Ci siamo resi conto che per le banconote quantistiche devi immagazzinare e immagazzinare fotoni. Questo è molto difficile. I fotoni non sono pensati per l’archiviazione, sono per i viaggi. Quindi, aveva senso usarli per la comunicazione. Dato che sono un crittografo, è nata l’idea della crittografia con informazioni quantistiche”.

Se due persone vogliono comunicare in modo sicuro, possono generare una chiave segreta tramite crittografia

Carlo Bennett fisico

Come funziona BB84?

CB: “Se due persone – Alice e Bob – vogliono comunicare in modo sicuro, possono generare una chiave segreta tramite crittografia. Solo l’altra persona può decodificare e leggere i messaggi. In BB84, Alice e Bob usano le proprietà quantistiche dei fotoni per creare una tale chiave. Usano la polarizzazione dei fotoni. Questo ha a che fare con le vibrazioni elettromagnetiche che compongono le onde luminose. Quelle vibrazioni possono essere polarizzate orizzontalmente/verticalmente (0 e 90 gradi) o diagonalmente (45 gradi e 135 gradi). Alice invia una serie di fotoni che sono polarizzati casualmente in una delle quattro direzioni – 0, 90, 45 e 135 gradi – a Bob. Bob seleziona casualmente ciascun fotone per misurare la polarizzazione orizzontale/verticale o diagonale. Solo se il suo metodo di lettura corrisponde il metodo che Alice ha usato per inviare quel fotone, sono sicuri di trovare lo stesso risultato. Per scoprire che i fotoni che hanno misurato hanno le stesse informazioni Per lei, Bob spiega pubblicamente il metodo di misurazione che ha usato per il fotone. Alice poi ti dirà quali misurazioni non corrispondono e quindi possono essere rimosse. Il resto dovrebbe essere lo stesso, a meno che il segnale non venga interrotto lungo il percorso o qualcuno origlia. Queste intercettazioni cambiano la verità. Una macchina quantistica di fotoni, in modo che Bob e Alice non vedano la stessa cosa, nonostante i metodi siano identici. Per verificarlo, hanno confrontato una serie di risultati di misurazione. Se ci sono molte differenze, tutto si sente e si ricomincia. Se ci sono solo poche differenze, l’intercettatore non sa tutto ed è possibile correggere gli errori tramite un protocollo intelligente e quindi creare una chiave più piccola della chiave risultante, in parte segreta, di cui l’intercettatore ovviamente non sa nulla. Possono utilizzare questa chiave per comunicazioni sicure.

In Cina esiste un legame quantitativo tra Shanghai e Pechino. È anche usato seriamente

Jill Brassard Informatico

Questa crittografia quantistica è già in uso?

Gordon: “Sì, specialmente in Cina. Lì è stata costruita una connessione quantistica tra Shanghai e Pechino. Viene anche usata seriamente. E hanno un satellite per inviare informazioni quantistiche su distanze maggiori di quanto sia possibile con le fibre ottiche. Nel 2017, il ha avuto luogo la prima videochiamata protetta con crittografia quantistica. Tra Pechino e Vienna. Anche in Europa è in corso un test con un’infrastruttura di comunicazione quantistica. Ci sono aziende che vendono sistemi di crittografia quantistica. Ciò consente a tutti di scambiarsi una chiave quantistica tra loro per inviare messaggi quantistici – informazioni protette.”

È davvero necessario? Dopotutto, non esistono ancora grandi computer quantistici.

GB: “Come fai a saperlo? È possibile che qualcuno sia riuscito a costruire un computer quantistico, ma qualcuno lo nasconde”.

CB: “Ad esempio, per saccheggiare conti bancari”.

GB: “Ma anche se non esiste ancora un computer quantistico, ora devi crittografare informazioni che dovrebbero essere tenute segrete per molto tempo usando la crittografia quantistica. Chiunque può ora archiviare tutte le informazioni crittografate trasmesse. Una volta che c’è un computer quantistico, possono decodificare e visualizzare tutto. Ad esempio, sappiamo dal protocollo https che un computer quantistico può decifrarlo».

È un campo incredibilmente complesso e importante

Carlo Bennett fisico

CB: “Esistono metodi di sicurezza che non è stato dimostrato che un computer quantistico sia in grado di decifrare. Ma non è stato nemmeno dimostrato che sia impossibile decifrare con un computer quantistico o con un normale computer”.

JP: “La cosa migliore che puoi fare se vuoi assicurarti che le tue informazioni siano al sicuro e rimangano al sicuro è la crittografia quantistica. Se le leggi della meccanica quantistica sono giuste, allora è sicuramente sicuro. Potrebbe esserci Lacune Sorgono se la quantità richiesta attrezzatura non è perfetta. Pertanto, in pratica, potrebbe essere meglio combinare la normale crittografia con la crittografia quantistica per creare una chiave super sicura».

Cosa ne pensi degli attuali sviluppi nella tecnologia quantistica?

CB: “Penso che sia fantastico che si stia facendo così tanta ricerca nell’hardware e nel software quantistico. È un campo incredibilmente complesso e importante. La crittografia quantistica è solo una frazione di ciò che è possibile”.

GB: “I Paesi Bassi sono leader, sia in termini di software quantistico – presso QuSoft, sia in termini di dispositivi quantistici – presso QuTech. Potrebbe essere il primo paese ad avere un Internet quantistico nazionale. Anche la Cina ci sta lavorando. Ride: “Ma potrebbe essere l’Olanda prima, semplicemente perché è un paese molto più piccolo”.