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lunedì 10 febbraio 2025

Quali Settori Saranno Attaccati Dai Computer Quantistici?

I computer quantistici, basati sulle leggi della meccanica quantistica, rappresentano una delle tecnologie più promettenti del futuro. Tuttavia possono minacciare gravemente la sicurezza dei sistemi digitali attuali, inclusi sistemi bancari, comunicazioni internet private e criptovalute.


PROPRIETA' COMPUTER QUANTISTICI
A differenza dei computer tradizionali, che elaborano informazioni tramite bit che assumono stati binari (0 o 1), i computer quantistici utilizzano qubit (0 e 1 contemporaneamente). Grazie a fenomeni come la sovrapposizione e l'entanglement, i qubit possono esistere in molteplici stati contemporaneamente, consentendo calcoli paralleli e una potenza computazionale enormemente maggiore di quelli "classici". Tuttavia i qubit devono essere mantenuti a temperature prossime allo zero assoluto (-273,15°C) per minimizzare la decoerenza quantistica (questo fenomeno, a causa della perdita di coerenza della funzione d'onda, impedirebbe la sovrapposizione degli stati). Inoltre, i computer quantistici attuali soffrono di errori intrinseci che richiedono tecniche di correzione, aumentando la complessità di scalare tali macchine. 

In breve:
-Qubit possono rappresentare 0 e 1 contemporaneamente (i transistor classici 0 o 1).
-I Computer quantistici producono un numero elevato di errori quindi devono essere portati allo 0 assoluto (i computer classici commettono meno errori e possono essere tenuti a T ambiente).
-La potenza dei computer quantistici aumenta all'aumentare dei qubit (in quelli classici dipende dal numero di transistor).


SISTEMI CRITTOGRAFICI
Molte tecnologie digitali odierne si basano su sistemi crittografici che garantiscono sicurezza e privacy. Tra questi, la crittografia a chiave asimmetrica è particolarmente vulnerabile ai computer quantistici. In particolare, l'algoritmo di Shor permette di fattorizzare numeri grandi e risolvere il problema del logaritmo discreto in tempi ragionevoli, attaccando efficacemente algoritmi come:

1) RSA, basato sulla fattorizzazione di numeri primi.

2) ECDSA (Elliptic Curve Digital Signature Algorithm), che si basa sulle curve ellittiche.

3) Diffie-Hellman, usato per lo scambio sicuro delle chiavi.

Nella crittografia a curve ellittiche, la sicurezza si basa sulla difficoltà di risolvere il problema del logaritmo discreto R=P+Q: dato un punto P sulla curva ellittica, che deriva da R, è estremamente difficile (oggi impossibile) risalire al punto Q. 
L'algoritmo di Shor sfrutta la sovrapposizione per generare simultaneamente tutte le possibili soluzioni. Le soluzioni sbagliate si annullano attraverso interferenze quantistiche, lasciando solo quella corretta. 
Le curve ellittiche vengono quindi usate in crittografia per rappresentare problemi matematici difficili da risolvere con i computer tradizionali. Ecco un esempio:

R: immagina a questo punto come una chiave pubblica.
P: è un punto noto sulla curva ellittica (punto generatore).
Q: è il valore che vogliamo mantenere segreto (pensa ad una chiave privata).
R=P+Q.

In un sistema classico, conoscendo P (punto generatore) e R (chiave pubblica) è praticamente impossibile risalire a Q (chiave privata). Questo è il problema del logaritmo discreto. Ma con un computer quantistico, l'algoritmo di Shor sfrutterebbe la potenza di calcolo parallelo per determinare rapidamente Q. L'algoritmo di Shor è rivoluzionario per la sua capacità di risolvere problemi apparentemente impossibili per i computer tradizionali, come la fattorizzazione di grandi numeri primi (utilizzata in RSA) o il già citato problema del logaritmo discreto. 

Facendo un esempio concreto: riguardo Bitcoin, le firme digitali utilizzano questo schema per garantire l'integrità delle transazioni:

-Generazione della chiave privata: l'utente sceglie un numero casuale Q come chiave privata.
-Calcolo della chiave pubblica R=P⋅Q. Qui la moltiplicazione rappresenta un'operazione geometrica definita sulla curva ellittica (moltiplicazione scalare). L'indirizzo pubblico è derivato dalla chiave pubblica (R è visibile sulla blockchain). Un computer quantistico potrebbe utilizzare l'algoritmo di Shor per risolvere rapidamente il logaritmo discreto R, determinando la chiave privata Q. 

L'attaccante a questo punto potrebbe:
1) Firmare transazioni fasulle.
2) Rubare i fondi associati agli indirizzi pubblici noti.

In breve, il computer quantistico utilizza:
1) Sovrapposizione quantistica: genera una sovrapposizione di tutti i possibili valori Q che potrebbero soddisfare il problema.

2) Interferenza costruttiva e distruttiva: utilizzando la trasformata quantistica di Fourier, i calcoli eliminano le soluzioni sbagliate attraverso interferenze distruttive, lasciando solo quelle corrette.

3) Output della soluzione: il risultato finale fornisce Q, risolvendo così il problema in un tempo che cresce in modo logaritmico, molto più velocemente degli algoritmi classici.

Altri algoritmi quantistici, come l'algoritmo di Grover, sono meno efficaci ma possono accelerare attacchi di forza bruta contro la crittografia simmetrica.


SETTORI VULNERABILI
1) Internet e comunicazioni private: i protocolli di crittografia come TLS, che proteggono le comunicazioni web, si basano su RSA o Diffie-Hellman. Un attacco quantistico potrebbe intercettare comunicazioni di sicurezza, critiche e private ma anche decifrare messaggi archiviati, mettendo a rischio anni di comunicazioni passate.

2) Sistemi bancari: le banche usano sistemi crittografici per transazioni e accessi sicuri. Un attacco potrebbe violare i dati dei clienti.

3) Bitcoin utilizza l’algoritmo ECDSA per le firme digitali. Un attacco quantistico potrebbe:
-Esporre le chiavi private: gli indirizzi con chiavi pubbliche già note, come quelli di Satoshi Nakamoto, potrebbero essere compromessi. Un computer quantistico sarebbe in grado di calcolare la chiave privata corrispondente e rubare i fondi.
-Soluzione parziale: i fondi potrebbero essere trasferiti su indirizzi mai utilizzati (e quindi senza chiave pubblica visibile) per mitigare il rischio.

2) Ethereum condivide le vulnerabilità di Bitcoin, ma la sua architettura introduce ulteriori rischi:
-Firmando una transazione, la chiave pubblica viene esposta quindi la chiave privata è teoricamente forzabile. Anche in questo caso la soluzione provvisoria potrebbe essere spostare i fondi su un indirizzo vuoto mai utilizzato.


QUALI ALGORITMI POSSONO SOSTITUIRE LE CURVE ELLITTICHE?
La crittografia post-quantistica si concentra su algoritmi resistenti agli attacchi quantistici. Tra i candidati:

1) Lattice-based cryptography: usa problemi matematici legati alle griglie multidimensionali.

2) Code-based cryptography: basata su problemi legati alla codifica e alla correzione degli errori.

3) Multivariate polynomial cryptography: si basa su equazioni polinomiali multivariate.

4) Hash-based signatures: sicure contro attacchi quantistici, ma meno efficienti per firme multiple.

Dunque per mitigare i rischi che colpiranno le tecnologie odierne, è fondamentale adottare algoritmi di crittografia post-quantistica e iniziare una transizione graduale verso sistemi resistenti.

lunedì 13 marzo 2023

I Computer Quantistici Saranno Pericolosi Per Cripto e Banche? Curve Ellittiche

I computer quantistici, a causa della loro architettura e potenzialità, sono in grado di "rompere" la crittografia moderna (chiave pubblica/privata). Va sottolineato però che ad oggi sono ancora molto limitati nelle loro funzionalità (e super costosi per quel poco che riescono a fare). I computer quantistici possono potenzialmente attaccare sistemi bancari, criptovalute e in particolare le curve ellittiche utilizzando un algoritmo chiamato "algoritmo di Shor". Questo algoritmo può essere utilizzato per fattorizzare i numeri primi, che è un passaggio chiave in molti algoritmi di crittografia utilizzati per proteggere i dati, come l'RSA. Le curve ellittiche sono utilizzate in criptovalute come Bitcoin, Ethereum, etc per generare le chiavi private e pubbliche usate per crittografare e decrittografare le transazioni. Se un computer quantistico abbastanza potente fosse in grado di attaccare le curve ellittiche, potrebbe decifrare le chiavi private e compromettere la sicurezza. 


CURVE ELLITTICHE SU BITCOIN
Ad esempio Bitcoin utilizza secp256k1 che è una curva ellittica. La crittografia usata da Bitcoin è a chiave pubblica e privata (SHA 256). Il SHA 256 prende dei dati in input e produce output di 256 per creare hash dei blocchi di transazioni ed è usato anche per l'integrità del blocco ed appunto per la generazione di chiavi private e pubbliche. 
Il processo di generazione delle chiavi in Bitcoin è il seguente:

1) Viene scelta una curva ellittica appropriata (secp256k1), definita su un campo di numeri primi di 256 bit

2) Viene scelto un numero casuale ("seed") come chiave privata, che viene mantenuto segreto dal proprietario della chiave

3) La chiave pubblica corrispondente viene calcolata moltiplicando la curva ellittica per il seed. Questo calcolo è eseguito in modo tale che solo la chiave privata possa produrre la chiave pubblica corrispondente

La chiave pubblica viene quindi utilizzata per ricevere pagamenti e firmare transazioni attraverso l'algoritmo ECDSA (basato sulle curve ellittiche). Quando viene inviata una transazione, il mittente utilizza la sua chiave privata per generare una firma digitale che dimostra che è effettivamente il proprietario delle chiavi. In seguito la firma viene verificata utilizzando la chiave pubblica del mittente.
Sostanzialmente, per semplificare il tutto, è presente un punto sulla curva ellittica e un numero scalare enorme di 256 bit. I due numeri vengono moltiplicati, ottenendo l'altro punto (R). Un computer odierno non riesce ad attaccare questo sistema, uno quantistico, dato questo punto R riesce a calcolare lo scalare che è la chiave privata di Bitcoin.
Più precisamente, l'algoritmo di Shor dei computer quantistici può essere utilizzato per fattorizzare rapidamente numeri interi enormi in fattori primi. Algoritmi di crittografia a chiave pubblica, come l'RSA, basano la loro sicurezza sulla difficoltà di fattorizzare grandi numeri interi in fattori primi.
L'algoritmo di Shor utilizza la proprietà quantistica dell'entanglement per eseguire una ricerca efficiente dei fattori primi di un numero intero enormemente grande. Invece di utilizzare la forza bruta per provare ogni possibile fattore (andando a tentativi), come avviene in un algoritmo classico, l'algoritmo di Shor sfrutta la sovrapposizione quantistica e l'interferenza per cercare i fattori in modo esponenzialmente più efficiente.
Ad esempio moltiplicare due numeri primi enormi (P e Q), viene fatto in modo istantaneo da una calcolatrice o da un computer. Tuttavia se al posto di P e Q, il computer ha il risultato R (dato dal prodotto di P e Q), ci vorrebbero milioni di anni per trovare i 2 numeri P e Q. Invece un computer quantistico grazie all'algoritmo di Shor, risolve questo problema in pochi secondi. Un computer quantistico del genere distruggerebbe non solo le cripto o internet tutta ma anche qualsiasi sistema bancario. Qualsiasi chiave privata verrebbe trovata in pochi secondi. Un sistema così fatto romperebbe non solo la fattorizzazione citata prima (numero composto dato da 2 numeri primi) ma anche le curve ellittiche. L'idea sarebbe costruire algoritmi resistenti al quantum computer. Utilizzando le curve ellittiche, la matematica andrebbe completamente cambiata in caso di avvento di quantum computer.


UTILIZZO DI PIU' CURVE ELLITTICHE E RETICOLI MATEMATICI
Ci sono già algoritmi di crittografia resistenti ai computer quantistici in grado di proteggere le criptovalute e le curve ellittiche, come ad esempio la PQC (Post-Quantum Cryptography), che utilizza algoritmi basati su problemi matematici che sono difficili da risolvere anche per un computer quantistico. L'utilizzo di più curve ellittiche può contribuire a rafforzare la sicurezza delle transazioni in Bitcoin. Ciò è possibile attraverso l'utilizzo di un sistema multicurve, in cui vengono utilizzate più curve ellittiche appunto per la generazione di chiavi e firme. Utilizzando diverse curve ellittiche, si riduce il rischio che una curva specifica venga compromessa da un attacco crittografico ed è possibile distribuire il lavoro di generazione delle chiavi e delle firme su più curve, migliorando le prestazioni complessive del sistema. Si avrebbe anche una maggiore flessibilità basata sulle specifiche esigenze di sicurezza e prestazioni del sistema e maggiore interoperabilità del sistema con altri sistemi crittografici basati su curve ellittiche.
Sono stati sviluppati anche algoritmi crittografici basati su problemi matematici che non possono essere risolti efficientemente da un computer quantistico. Ad esempio, un algoritmo PQC alternativo alla crittografia basato su curve ellittiche è quella inerenti reticoli che sfruttano la geometria dei reticoli matematici per la crittografia. Questi algoritmi crittografici si basano sulla difficoltà di trovare il vettore più corto in un reticolo di dimensione elevata, noto come "problema del vettore più corto".
Questo problema è noto per essere difficile da risolvere per i computer in tempo polinomiale.
I reticoli sono strutture geometriche matematiche che possono essere rappresentate come insiemi di vettori in uno spazio N-dimensionale.
La crittografia costruita sui reticoli ha dimostrato di essere resistente agli attacchi crittografici basati su computer quantistici, poiché la maggior parte degli algoritmi noti per risolvere i problemi sui reticoli richiedono una grande quantità di tempo e risorse computazionali per essere risolti.
Ad esempio, il sistema di cifratura NTRU utilizza un algoritmo di crittografia basato sui reticoli per la generazione di chiavi e la crittografia dei dati.
La risoluzione di questo problema richiede tempo esponenziale rispetto alla dimensione del reticolo, rendendolo sicuro contro gli attacchi quantistici.

mercoledì 28 dicembre 2022

Come Ricreare Un Wormhole Con Un Computer Quantistico

I Wormhole sono ipotetici ponti che collegherebbero due regioni spazio-temporali molto distanti. Per Einstein erano una soluzione delle sue equazioni di campo, un ponte impossibile da attraversare, senza perdere informazione, tra due buchi neri, o tra un buco nero e un buco bianco (ponte di Einstein-Rosen). Per i sostenitori dell’interpretazione quantistica sarebbero aperture effimere spazio-temporale che formano la molteplicità dei mondi. 
A novembre ne è stato simulato uno, mediante il Sycamore Quantum Computer di Google e i risultati sono stati pubblicati il 30 Novembre su Nature (Traversable Wormhole Dynamics On A Quantum Processor). Tramite queste simulazioni (modello SYK) gli scienziati sono riusciti a far viaggiare dei qubit  (le unità minime di informazione quantistica) da un sistema di particelle all'altro, proprio come un ipotetico corpo dotato di massa potrebbe viaggiare da un buco nero ad un altro tramite un Wormhole. Questa simulazione si basa sulla possibilità dell’esistenza della gravità quantistica, ovvero di un modello teorico che metterebbe insieme la teoria della relatività generale e la fisica quantistica. I computer quantistici sfruttano alcune proprietà della meccanica quantistica per ottenere una potenza di calcolo superiore a quella di un normale computer e l’unità minima di informazione al suo interno non sono i bit ma, appunto, i qubit. Questi, sfruttano l’informazione trasportata da ogni singolo elettrone e possono assumere, contemporaneamente e con probabilità diverse, qualsiasi combinazione dei valori 0 e 1. Questo consente di svolgere molte operazioni contemporaneamente e di velocizzare notevolmente i calcoli. Per particelle entangled (alla base anche della crittografia quantistica) si intendono due particelle i cui stati sono intrinsecamente collegati fra loro, evadendo il principio di causalità. La natura dell’una dipende da quella dell’altra, o meglio, dalla sua misurazione. Nel caso di questo esperimento, le due particelle entangled erano due buchi neri, sempre simulati grazie al computer quantistico. E' stato codificato un fenomeno 3D in uno spazio a 2dimensioni. Tramite questo meccanismo quantistico è possibile rendere attraversabile un Wormhole (senza perdere informazione), ha spiegato David K.Kolchmeyer, uno degli autori della pubblicazione, introducendo un'interazione diretta tra le regioni spaziali distanti. Sostanzialmente, i ricercatori hanno virtualmente inviato un segnale attraverso il Wormhole simulato da Sycamore, sfruttando il cosiddetto teletrasporto quantistico, che tramite l’entanglement consente il trasporto di informazioni su lunga distanza (ciò sta alla base della tecnologia della fibra ottica). In generale grazi a delle tecniche di apprendimento automatico sono stati generati esempi di sistemi con un comportamento coerente con la gravità quantistica ma che richiedessero solo circa 10 qubit per essere processati. Il sogno di raggiungere altri sistemi stellari, altre galassie, lontane anni luce sarebbe possibile solo con i tunnel cosmici uniti al warp drive, il motore a curvatura che distorce lo spaziotempo e scava una sorta di Wormhole. Se si piega lo spaziotempo come un foglio di carta, un foro nel foglio permette una scorciatoia vertiginosa da una parte all’altra dell’Universo. 
Se i due punti si toccano, il trasporto è istantaneo. Per alcuni fisici potrebbero essere strutture a più dimensioni e quindi non percepibili in un mondo tridimensionale; è stata ipotizzata la figura geometrica del toro, una specie di ciambella. Tra gli Anni 70 e 80 del secolo passato, diversi fisici, tra cui Kip Thorne ha proposto Wormhole attraversabili da esseri umani: il punto è che servirebbe della materia esotica (utilizzando stringhe cosmiche) quindi energia negativa che si pensa possa formarsi in prossimità dei buchi neri. Secondo Visser servirebbe circa la massa di Giove per tenere aperto un Wormhole di circa 1 metro.
A livello di nanoscale, dell’energia negativa è stata rilevata durante un esperimento della NASA. Secondo alcuni fisici, i Wormholes potrebbero essere una specie di buchi neri senza singolarità, stelle che collassano ma senza sprofondare. L’idea è che siano sottoposti a due pressioni, radiale e tangenziale, che stabilizzano e rendono traversabile la gola del Wormhole. Candidati osservati, ma misteriosi, sono i Gamma Ray Bursts, sorgenti astrofisiche più luminosi di una supernova.


DESCRIZIONE DELLA SIMULAZIONE
Per eseguire il protocollo di teletrasporto Wormhole sul computer quantistico di Google è stato utilizzato un modello SYK semplificato (quello completo è costituito da un numero quasi infinito di particelle, accoppiate l’una all’altra con punti di forza casuali man mano che si verificano interazioni a quattro vie). Un calcolo di questa portata richiede centinaia di migliaia di operazioni di circuito. I ricercatori hanno dunque deciso di creare un Wormhole olografico con pochi qubit e centinaia di operazioni riducendo il modello SYK a 7 particelle, codificando solo le interazioni a quattro vie più forti ed escludendo le altre, facendo però attenzione a mantenere le proprietà olografiche del modello. Grazie al machine learning si può ridurre il modello fino a 7 particelle, senza modificare la fisica della gravità. Zlokapa ha usato il machine learning per mappare le interazioni delle particelle del modello SYK sulle connessioni tra i neuroni di una rete neurale, e ha addestrato il sistema a eliminare il maggior numero possibile di connessioni di rete, pur preservando una firma chiave del Wormhole. La procedura ha ridotto il numero di interazioni a 4 vie da centinaia a 5.
Successivamente, il team ha iniziato a programmare i qubit di Sycamore. 7 qubit codificano 14 particelle, di cui 7 in ciascuno dei sistemi SYK sinistro e destro. Ogni particella a sinistra è entangled con una a destra. Un ottavo qubit, in una combinazione probabilistica degli stati 0 e 1, viene scambiato con una delle particelle del modello SYK di sinistra.
I possibili stati di quell’ottavo qubit si aggrovigliano rapidamente con gli stati delle altre particelle a sinistra, diffondendo le sue informazioni uniformemente tra di loro. Questo è olograficamente duale al qubit che entra nella bocca sinistra di un Wormhole unidimensionale nello spazio AdS.
In seguito, tutti gli stati dei qubit di destra ruotano, processo duale a un impulso di energia negativa che scorre attraverso il wormhole. La rotazione fa sì che il qubit iniettato si trasferisca alle particelle del modello SYK di destra. In seguito vengono misurati gli stati dei qubit dove il conteggio degli 0 e degli 1 e il confronto di queste statistiche con lo stato preparato dei qubit iniettati rivela se i qubit si stanno teletrasportando. Se il segnale è presente, sottoforma di un picco, allora le rotazioni dei qubit rappresentano impulsi duali all’energia negativa e consentono ai qubit di teletrasportarsi.
Se invece il picco non compare, le rotazioni sono nella direzione opposta. Ciò significa che sono duali a impulsi di normale energia positiva, quindi i qubit non possono passare (Wormhole chiuso).
In seguito è stato osservato che il picco è apparso sullo schermo del computer. L'idea alla base era dimostrare che le informazioni che viaggiano da un punto all'altro nello spazio possano essere descritte nel linguaggio della gravità (i wormhole) o nel linguaggio della fisica quantistica (entanglement quantistico). Tramite un computer quantistico, tempo fa, era stata anche invertita la direzione del tempo.

domenica 2 agosto 2020

Articoli SEO, Creazione Siti Internet, Programmazione, Sistemi Operativi (Indice Completo)

In questo articolo sono stati riportati tutti gli articoli del blog inerenti: creazioni siti Internet, guide SEO (per migliorare il posizionamento sui motori di ricerca), programmazione e sistemi operativi (compresi computer quantistici). Verrà aggiornato con i nuovi articoli futuri.

Riporto anche le altre sezioni del blog:



CREARE SITI INTERNET, BLOG, SEO E TRAFFICO WEB


PROGRAMMAZIONE


SISTEMI OPERATIVI (STORIE E NOVITA')


SISTEMI OPERATIVE (GUIDE)


SUPERCOMPUTER E COMPUTER QUANTISTICI

giovedì 14 marzo 2019

Invertita La Direzione Del Tempo Grazie Ad Un Computer Quantistico

Dei ricercatori americani, svizzeri e del Moscow Institute Of Physics hanno annunciato di essere riusciti a invertire la direzione del tempo con un computer quantistico.
Ciò contraddirebbe le leggi della fisica e potrebbe alterare la nostra percezione dei processi che guidano l'universo.
Un po' come se dopo aver fumato una sigaretta, il fumo ritornasse indietro nella sigaretta.
O ancora: se dopo aver rotto un vaso, questo potrebbe magicamente ricomporsi e tornare alla situazione iniziale.
Oppure come se un colpo calcolato alla massima precisione permettesse di riportare alla posizione iniziale un set di palle da biliardo sparso sul tavolo.
Lorenzo Maccone, fisico teorico dell’Università di Pavia che indaga gli aspetti del tempo rispetto alla meccanica quantistica, spiega ulteriormente: "Se è facile vedere un uovo che cade a terra e si spiaccica, nessuno ha mai potuto assistere al contrario. Ovvero a un uovo che si ricompone e ritorna sul tavolo. Secondo le leggi della fisica classica questo in realtà non è impossibile, ma altamente improbabile. Invece a livello microscopico è possibile: la freccia del tempo è reversibile, può andare in un senso e in quello contrario".
La "macchina del tempo", descritta in un articolo della rivista Scientific Reports, era composta da un computer quantistico, le cui unità di informazione sono i qubit, ovvero "bit quantistici" che, oltre ai valori zero e uno, possono assumere un valore che "sovrappone" entrambi gli stati (un po' come se una TV fosse accesa e spenta contemporaneamente).
Durante l'esperimento, è stato lanciato un "programma di evoluzione" che ha portato i qubit a disegnare sequenze di 0 e 1 mutevoli e sempre più complesse, "dall'ordine al caos".
In seguito, un altro programma ha modificato la sequenza di qubit riportandola dal caos all'ordine originario.
Più precisamente, i ricercatori hanno analizzato la posizione di un elettrone, passando da una fase in cui era localizzato a una in cui il sistema diventava più caotico e non era più individuabile.
In un secondo tempo, grazie a un algoritmo, è stato compiuto il percorso inverso (la freccia del tempo si è invertita): l’elettrone dal caos è tornato af essere localizzato.
Il discorso è che secondo le leggi della fisica, l'universo tenderebbe al disordine: cioè dall'ordine al caos.

"Abbiamo creato artificialmente uno stato che evolve in una direzione opposta alla freccia del tempo termodinamica", ha spiegato il capo del gruppo di ricerca, Gordey Lesovik.
La seconda legge della termodinamica enuncia infatti l'irreversibilità della maggior parte dei processi. Ovvero l'universo come detto segue una sola direzione: dall'ordine al disordine.
Gli scienziati sono sicuri di poter sviluppare il programma in modo tale da raggiungere risultati sempre più accurati.
Al momento, con due qubit il margine di successo è dell'85%, laddove con tre qubit è del 50%.
Le applicazioni pratiche dell'esperimento riguardano l'abbattimento degli errori nel collaudo dei programmi di informatica quantistica.
Tuttavia avverte il professor Maccone: "È solo un’inversione, con l’elettrone che evolve all’indietro. Gli studi che si stanno facendo, come quest’ultimo, sono molto interessanti; e nonostante alcune approssimazioni dovute a computer ancora allo stadio di prototipi, permettono di capire cosa succede a livello fisico. La grande domanda a cui si sta cercando di dare una risposta è appunto quella di spiegare questa apparente contraddizione tra il mondo che conosciamo e quello della meccanica quantistica".
Tuttavia ciò apre la possibilità (almeno teorica) che si possa tornare indietro nel tempo.
Il viaggio a ritroso vero e proprio è stato simulato dal computer quantistico, un modello dell'IBM messo a disposizione dei ricercatori.

"Un algoritmo ha ricostruito le leggi della fisica che regolano la caduta del signore che inciampa e poi ne ha invertito il segno, ripercorrendo all'indietro il suo movimento e riportando in piedi l'uomo" spiega Verrucchi.
Almeno virtualmente, il latte è tornato nel bicchiere e la lava è rientrata nel vulcano.
Le probabilità che accada sono talmente basse che al confronto vincere la lotteria è una certezza.
Va sottolineato comunque che con i futuri PC quantistici sarà possibile ricostruire il passato di un’informazione, fino a risalire al luogo da cui è stata emessa.
Con la possibilità di individuare, così, chi l’ha generata.
Un risultato che migliorerà notevolmente la sicurezza delle trasmissioni del futuro, grazie proprio alle proprietà di queste particelle, sfruttate nella crittografia quantistica.

domenica 13 gennaio 2019

Arriva Il Primo Computer Quantistico Commerciale: IBM Q System One

Non poteva che essere IBM a presentare il primo computer quantistico a fini commerciali: IBM Q System One. Infatti sino ad ora i computer quantistici erano appannaggio solo dei laboratori di ricerca.
IBM già 3 anni fa, per dei test, aveva sviluppato sistemi a 5 e 16 qubit (D-Wave).
Il cuore pulsante di IBM Q System One è un sistema a 20 qubit, un connubio tra un processore quantistico e componenti creati appositamente per questo device.
Il computer è inserito in una teca cubica in vetro munita di un sistema di raffreddamento che mantiene la temperatura a -460° Fahrenheit (-273°C, cioè allo zero assoluto, la Temperatura più bassa che è possibile raggiungere. Per rendere l'idea, al di fuori dei laboratori, il luogo più freddo dell'universo è la nebulosa Boomerang dove si raggiunge una temperatura di −272 °C, addirittura 2°C in meno rispetto alla radiazione cosmica di fondo derivata dal Big Bang. Questa nebulosa si trova a 5.000 anni luce dalla Terra nella costellazione del Centauro).
Tornando al computer quantistico, la struttura in vetro, è stata realizzata dalla milanese Goppion.
Essa è fondamentale anche per l'isolamento dei componenti che consentono al Q System One di lavorare in modo efficiente. Un case necessario per ostacolare interferenze esterne come vibrazioni e, appunto, variazioni di temperatura.
Inoltre, IBM ha annunciato alla fiera tech la creazione del primo data center per l'elaborazione di calcoli quantistici (si tratta sostanzialmente di un sistema cloud che sfrutta questo tipo di calcoli).
IBM Q Quantum Computation Center avrà la propria sede a Poughkeepsie, nello stato di New York.
Nel mentre Google da anni sta lavorando per migliorarne la stabilità e correggere gli errori.
Alcuni calcoli richiedono anni per il completamento degli stessi, uno quantistico potrebbe fare lo stesso calcolo in pochi secondi.
La chiave per i computer quantistici risiede nei qubit. I normali computer che usiamo ogni giorno usano "bit" che memorizzano le informazioni in lunghe combinazioni di 1 e/o 0. Un qubit, d'altra parte, sfrutta un fenomeno davvero strano della Fisica Quantistica dove le particelle possono esistere in più posti contemporaneamente. Ciò significa che i qubit esistono tecnicamente sia come 1 sia come 0, quindi possono memorizzare in modo esponenziale più informazioni rispetto ai bit regolari (è un po' come se una TV potesse essere accesa e spenta contemporaneamente. Questo fa parte anche del famoso paradosso del "gatto di Schrodinger").
Ad esempio, un computer con due bit può codificare informazioni in una sola delle quattro combinazioni possibili: 00, 01, 10 o 11. Un qubit può contenere tutte e quattro queste combinazioni contemporaneamente.


INSTABILITA' DEI QUBIT
Il problema è che i qubit sono incredibilmente instabili e presentano molti errori. Le informazioni che conservano esistono solo per una frazione di secondo prima che si perdano. Anche per esistere per quella frazione di secondo, i qubit come detto richiedono temperature vicine allo zero assoluto e un ambiente senza disturbi o rumori.
E affinché i computer quantistici funzionino sempre, gli scienziati devono collegare molti qubit insieme in array in cui i qubit sono fisicamente separati l'uno dall'altro, ma tutti connessi. Quindi qualsiasi cosa tu faccia nei confronti di un qubit, essa influenzerà immediatamente anche gli altri. In questo modo i qubit possono comunicare tra loro e correggere rapidamente gli errori.
L'obiettivo è quindi capire come stabilizzare i qubit e programmarli per trovare e correggere eventuali errori.
I ricercatori di UCSB e Google hanno capito come stabilizzare ciò, mediante l'utilizzo di un array, per quanto essa non possa impedire che si verifichino degli errori potrebbe però impedire che gli errori Tuttavia gli errori che l'array 9-qubit può proteggere riguardano solo il tipo di errori che compaiono nei computer normali. Proteggere dagli errori che compaiono nei computer quantistici richiederà una programmazione più complicata.
Un'altra importante intuizione ha rivelato che un gruppo di qubit diventa più stabile quanti più qubit si connettono. Ciò significa che enormi matrici di decine di migliaia di qubit potrebbero effettivamente produrre un computer quantistico per le masse.
Seguendo questo proposito sono stati sviluppati processori da 20-qubit e poi nel 2017 da 49-qubit.
Maggiori sono i qubit, meno errori il sistema produce. Questi sistemi richiedono non solo un sistema a 49 qubit, ma anche un'accuratezza del 99,7 %.


COMPUTER IBRIDI
Microsoft invece negli anni ha provato a varare computer quantistici "ibridi", cioè uno incorporato in un tradizionale computer basato sul silicio. Questo modello, scrivono i ricercatori, potrebbe anche aiutare a risolvere molti dei problemi ancora irrisolvibili.
Perchè computer ibridi? Perchè quelli quantistici, come detto, funzionano solo a temperature prossime allo zero assoluto (più fredde delle più oscure profondità dello spazio). Inoltre, il più piccolo disturbo può spingere le particelle di qubit e corrompere i loro dati. I dispositivi sono anche molto costosi, poiché il raffreddamento non è economico e la maggior parte dei progetti richiede materiali costosi come il diamante o il cesio.
Il modello ibrido proposto dai ricercatori Microsoft risolverebbe in parte questi ostacoli.
Secondo lo studio del gruppo, la parte normale potrebbe prendere in carico i calcoli di base, permettendo alla parte quantistica di affrontare i problemi davvero difficili.

lunedì 12 marzo 2018

L'Internet Del Futuro? Network Quantistici, QuBit, Entanglement

In Cina è stato dimostrato che grazie a satelliti e fibre ottiche è possibile realizzare un collegamento internet globale ultrasicuro (Rete Quantistica) con dati che viaggiano alla velocità della luce.
Il principio si basa sulle leggi che governano il mondo dell’infinitamente piccolo. La rete quantistica permetterà di aumentare la sicurezza dei dati sensibili trasmessi elettronicamente, come quelli finanziari e medici e permetterà di potersi identificare, con una firma elettronica, in maniera non falsificabile, impedendo furti d’identità. La crittografia a chiave quantistica utilizza le proprietà di particelle di luce (i fotoni), come la polarizzazione, fondamentalmente per proteggere le informazioni. Più precisamente, i fotoni sono impossibili da "manomettere", perché se qualcuno prova a intercettarli cambiano stato, rivelando in questo modo che è avvenuta una violazione. Inoltre l'informazione si distrugge. Pur tuttavia, i segnali quantici su fibra ottica sino a qualche tempo erano limitati a qualche centinaio di chilometri. Alla base della rete internet quantistica ci sono il sofisticato Micius (utilizzato come ponte per la trasmissione dei dati ultra-sicura), primo satellite cinese sperimentale per le comunicazioni quantistiche (lanciato nel 2016) e le 5 stazioni di Terra del satellite che si trovano a Xinglong, Nanshan, Delingha, Lijiang e in Tibet, a Ngari, che sono state collegate alle reti in fibra ottica metropolitane, di cui fa parte la grande rete tra Pechino e Shanghai, lunga ben 2mila chilometri.
Le prove generali che hanno reso possibile questa tecnologia sono state condotte tra giugno e settembre 2017. Il satellite Micius, infatti, è stato sfruttato per connettere due punti sulla Terra (Cina e Europa) per lo scambio di chiavi ad alta sicurezza: in pratica, il satellite ha eseguito correttamente operazioni tra le due chiavi, riuscendo a trasmette il risultato a una delle stazioni di terra.
È stata trasmessa un’immagine di una dimensione di 5,34 kB da Pechino a Vienna, e una foto di Schrödinger (con una dimensione di 4,9 kB) da Vienna a Pechino.
Inoltre è stata svolta una videoconferenza intercontinentale tra l’Accademia delle scienze cinese e l’Accademia delle scienze austriaca, della durata 75 minuti con una trasmissione dati totale di 2 GB, di cui 560 kbit della chiave quantistica scambiata tra Austria e Cina.
Una rete di questo tipo, a livello globale, permetterà anche di connettere computer quantistici che si trovano in luoghi diversi, in modo da moltiplicarne ulteriormente la potenza di calcolo, e di raccogliere e redistribuire dati forniti da sensori quantistici senza rischio che qualcuno possa intrufolarsi e leggere l'informazione.


LE PRIME INTUIZIONI: IL QUANTUM KEY DISTRIBUTION
Nonostante ciò, l'idea quantistica risale addirittura agli anni 70 quando Stephen Wiesner pensò di servirsi di uno dei principi di base della meccanica quantistica, secondo il quale è impossibile misurare le proprietà di un sistema senza alterarlo irrimediabilmente. Cosa significa? Mentre un sistema classico assume in generale uno stato definito (una TV, per esempio, può essere accesa o spenta), un sistema quantistico, come un elettrone, si trova di solito in una cosiddetta sovrapposizione di stati (se la TV sfruttasse questi principi e quindi fosse quantistica, potrebbe trovarsi accesa e spenta contemporaneamente). Per di più, nel momento in cui si esegue una misurazione o si tenta di accedere a un sistema quantistico, questo collassa su uno dei suoi stati (nel momento in cui osserviamo la TV, questa resta accesa o spenta). Lo stesso accade se, per aggirare il problema, si tenta di replicare un sistema quantistico e si esegue la misura sulla sua replica: è il cosiddetto principio del no-cloning quantistico. In informatica, in virtù della sovrapposizione degli stati, un sistema quantistico può memorizzare più informazioni rispetto a un sistema classico (in particolare al bit, che può assumere solo i valori di zero e uno); inoltre, il principio del collasso del sistema e del no-cloning fa sì che qualsiasi tentativo di accesso ai dati non potrebbe passare inosservato. Charles Bennett, informatico della IBM, riuscì a mettere a punto, nel 1984, un protocollo che rendeva possibile generare una chiave crittografica quantistica condivisa tra due utenti e inaccessibile dall’esterno.
Il protocollo si basava sulla polarizzazione della luce: sostanzialmente, le onde elettromagnetiche possono oscillare su un piano orizzontale o verticale rispetto alla direzione di propagazione, e Bennett riuscì a usare questa proprietà (quantistica) per memorizzare e inviare una chiave crittografica sicura.
Si tratta del cosiddetto principio Qkd, acronimo di Quantum Key Distribution, lo stesso usato da Jianwei per comunicare quantisticamente da satellite a Terra. Ovviamente si tratta di un sistema ibrido: il messaggio vero e proprio viene scambiato usando protocolli classici (non quantistici), mentre le chiavi per decifrarlo sono generate quantisticamente.


SVILUPPI
L'aspetto più importante, come si sarà capito, riguarda la sicurezza ed è quello che per certi versi è già stato dimostrato sperimentalmente ed è già in uso: sostanzialmente, si tratta di una serie di protocolli con i quali lo scambio di dati (classico, ovvero che avviene su una rete tradizionale, non quantistica) viene protetto da chiavi crittografiche generate quantisticamente, che hanno la proprietà di distruggersi nel momento in cui qualcuno tenti di accedervi. Il secondo aspetto, ancora in fase di studio, è invece quello relativo alla costruzione di una rete internet propriamente detta, cioè di una piattaforma di condivisione e scambio di informazioni quantistiche, i cosiddetti qubit.


NETWORK QUANTISTICI
La messa a punto di una rete interamente quantistica in cui sia le informazioni che le chiavi sono generate e scambiate con protocolli basati sulla meccanica quantistica, richiede un ulteriore passo avanti. I network quantistici usano infatti i fotoni per criptare le informazioni, rendendo dunque impossibile anche solo provare a violare la chiave di sicurezza come invece accade nei tradizionali meccanismi di crittografia. Che sono sempre meno sicuri proprio all'aumentare delle capacità di calcolo degli attaccanti, i quali spesso usano strutture nascoste distribuite, cioè sottraggono potenza di calcolo da computer zombie compromessi in precedenza. La comunicazione quantistica funziona invece in modo diverso: invia la chiave di decifrazione privata sfruttando le proprietà quantomeccaniche dei singoli fotoni, cioè nascondendola all’interno della polarizzazione di quelle particelle. Il concetto chiave è quello dell’entanglement, o correlazione quantistica, secondo il quale due (o più) particelle quantistiche possono essere legate intrinsecamente tra loro in modo tale che ogni operazione di misura che si effettua su una di esse si riflette sull’altra. Esso permette, fatte alcune ipotesi ed assunzione, il trasferimento istantaneo di informazioni. Cosa significa in ambito informatico? Che se chi riceve il messaggio verifica che lo stato di polarizzazione dei fotoni usati per trasmettere la chiave è alterato, sa da subito e con certezza che la chiave non è sicura perché qualcuno ha tentato di violarla e che il suo interlocutore dovrà fornirgliene una nuova prima di inviare i messaggi criptati, cioè il contenuto vero e proprio del messaggio. Come funzionerebbe una rete quantistica basata sul principio della correlazione quantistica? Per comprenderne il funzionamento bisogna fare ancora una volta riferimento ai principi fondamentali della teoria quantistica. Immaginiamo di avere due utenti, Alice e Bob. Alice possiede informazioni memorizzate in un qubit A e vuole inviarle al qubit B di Bob. Per scambiarsi i dati, Alice e Bob devono dotarsi di altri due qubit (che servano da proxy, cioè intermediari) PA e PB tra loro correlati quantisticamente. Alice, a questo punto, correla il proprio qubit A con il proxy PA: di conseguenza, A diventerà correlato anche con PB. In sostanza, Alice esegue una particolare misura contemporanea su A e su PA, condividendone poi il risultato con Bob. Bob usa questa informazione per manipolare il proprio qubit B e farlo collassare sullo stesso stato del qubit A di Alice. Così avverrebbe il trasferimento d'informazioni (o, per parlare in termini più fantascientifici, del teletrasporto).
Gli scienziati devono però ancora risolvere alcuni problemi pratici legati alla distanza a cui si può produrre questo cosiddetto entanglement-on-demand, dal momento che i segnali quantistici che viaggiano lungo la fibra ottica tendono a essere attenuati esponenzialmente con la distanza percorsa: al momento, il record terrestre di teletrasporto quantistico si attesta su circa un centinaio di chilometri.
Un problema potrebbe essere, a lunghe distanze, proprio quello della decoerenza (cioè piccole perturbazioni potrebbero rendere il sistema inutilizzabile). In ogni caso, un'Internet quantistica sarebbe in grado di generare entanglement su richiesta tra due utenti qualunque. I ricercatori ritengono che questo implicherà l'invio di fotoni attraverso reti in fibra ottica e collegamenti satellitari. Ma collegare utenti distanti richiederà una tecnologia in grado di estendere la portata dell'entanglement, ritrasmettendolo da utente a utente e lungo punti intermedi. Nel 2001, Lukin e collaboratori hanno proposto un modo per far funzionare un ripetitore quantistico del genere. Secondo loro usando piccoli computer quantistici, che possono memorizzare qubit ed effettuare semplici operazioni su di essi, possono generare un entanglement tra un qubit in una stazione a monte e uno a valle. Alla fine, l'applicazione ripetuta di questo processo di "scambio di entanglement" lungo il percorso di una rete produrrebbe un entanglement tra due utenti. Nel 2015, Hanson ha mostrato come costruire un pezzo di una rete collegando due qubit realizzati con impurità di un atomo in cristalli di diamante e separati da una distanza di 1,3 chilometri. I fotoni emessi dai due qubit viaggiavano verso una stazione intermedia, dove poi interagivano, stabilendo un entanglement. I ricercatori stanno studiando altri modi per costruire e manipolare i qubit, compreso l'uso di singoli ioni sospesi nel vuoto e di sistemi che accoppiano atomi e fotoni che rimbalzano tra due specchi all'interno di una cavità. Come il sistema dei diamanti ideato da Hanson, questi qubit potrebbero essere usati per costruire sia ripetitori quantistici sia computer quantistici.
La prospettiva di creare un'Internet quantistica sta diventando un problema di ingegneria dei sistemi.
"Da un punto di vista sperimentale, sono state dimostrate varie unità elementari” per le reti quantistiche, afferma Tracy Northup, fisico dell'Università di Innsbruck, Austria, il cui gruppo lavora su qubit in cavità e fa parte della Quantum Internet Alliance di Wehner.
"Ma mettendole insieme in un unico luogo, tutti vediamo quanto sia difficile", afferma Northup.
Nel frattempo, la rete dimostrativa olandese, guidata da Hanson, è andata avanti. Hanson e colleghi hanno migliorato la velocità dei loro sistemi, che nell'esperimento del 2015 hanno ottenuto 245 coppie entangled di qubit per un tempo equivalente a poco meno di 10 giorni. Un'altra sfida cruciale è stata convertire in modo affidabile i fotoni dalle lunghezze d'onda visibili che escono dai qubit a diamante a quelli più ampie, nell'infrarosso, che possono viaggiare bene lungo le fibre ottiche; questo è un compito arduo, perché il nuovo fotone deve ancora trasportare le informazioni quantistiche di quello vecchio, ma senza la possibilità di clonarlo. Hanson e soci fanno interagire i fotoni con un fascio laser di lunghezza d'onda più grande. Questa tecnica permetterebbe ai qubit di essere collegati su distanze di decine di chilometri su fibra. Entro il 2020, i ricercatori sperano di riuscire a collegare fino a quattro città olandesi, con una stazione in ciascun sito funziona come un ripetitore quantistico. In caso di successo, il progetto sarebbe la prima vera rete di teletrasporto quantistico al mondo. Solo il tempo potrà dire se la promessa di un'Internet quantistica si concretizzerà.

Cos'è La Crittografia Quantistica? Come Funziona, Sicurezza e Modello 4D

La crittografia quantistica si basa sul principio d'indeterminazione di Heinsenberg: non si possono conoscere nello stesso momento posizione e velocità (in realtà quantità di moto) della particella.
Quanto più precisamente conoscerò uno, tanto maggiore sarà l'incertezza sull'altro parametro.
Gli sviluppi della Fisica quantistica rendono, infatti, teoricamente possibile la creazione di un
computer di tipo completamente diverso e innovativo rispetto a quelli classici, il cosiddetto
computer quantistico.
Se realizzato in pratica, sarebbe in grado di effettuare in tempo polinomiale calcoli svolti da un computer classico in tempo esponenziale. Questo renderebbe vulnerabile ogni attuale sistema crittografico, mettendo in serio pericolo sistemi di sicurezza civili, militari, bancari etc.
Pur tuttavia, le stesse idee su cui poggia il concetto di computer quantistico portano a concepire e
realizzare sistemi crittografici quantistici assolutamente inattaccabili, anche da un eventuale
computer quantistico, con la sorprendente capacità di scoprire se eventuali malintenzionati hanno tentato di intromettersi abusivamente in una comunicazione riservata.
Questa Fisica parte dall'osservazione che le leggi della Fisica prevalentemente deterministiche, valide per la spiegazione dei fenomeni macroscopici, non sembrano potersi applicare con successo ai fenomeni microscopici.
Già negli anni '70 i fisici si chiedevano se fosse possibile utilizzare le teorie che descrivono le particelle elementari, atomiche e sub-atomiche, cioè la Meccanica Quantistica e la Teoria dei Campi, per realizzare direttamente qualcosa di nuovo e allo stesso tempo tecnologico.
Come detto in precedenza, qui se si osserva una particella sconosciuta, si modificano sempre alcune delle sue proprietà: non è possibile una osservazione senza una interazione e la modifica dello stato della particella sconosciuta.
Ovviamente, nell'esperienza quotidiana le cose sono ben diverse: possiamo osservare quanto vogliamo un oggetto sconosciuto senza modificarlo affatto.


POTENZA DI UN ELABORATORE QUANTISTICO
Un elaboratore quantistico, oggi sarebbe in grado quasi istantaneamente di ottenere una chiave pubblica di qualunque lunghezza, la corrispondente chiave privata utilizzata dagli algoritmi Asimmetrici quali RSA.
Questi algoritmi sono utilizzati oggi per l'identificazione delle parti e la creazione e scambio delle chiavi per cifrare le connessioni.
Poterli "decifrare" vorrebbe dire rendere del tutto insicuri smart-card, firme e certificati digitali, navigazione in internet, e-mail cifrate.


CRITTOGRAFIA QUANTISTICA
La crittografia quantistica permette di conoscere con certezza se qualcuno ha tentato di inserirsi in una comunicazione quantica con un attacco del tipo man in the middle.
Quando due nodi di una rete quantistica provano a mettersi in contatto, prima di tutto scambiano tra di loro chiavi crittografiche private, generate e trasmesse secondo il principio della distribuzione delle chiavi quantistiche.
Ciò permette di avere una comunicazione sicura e protetta anche se avviene su canali non cifrati: un'eventuale interferenza provocata da un elemento esterno al binomio di partenza, infatti, finirebbe con il "distruggere" la stessa chiave crittografica rendendo così illeggibili dati e informazioni trasmessi.
Sfruttando particelle che rispondono alle regole della Fisica Quantistica (tipicamente il fenomeno dell'entanglement quantistico, utilizzato anche teletrasportare particelle microscopiche) come i fotoni, ad esempio, si ha la certezza che il sistema di comunicazione non sia stato perturbato e che, dunque, nessuno sia riuscito a intercettare la chiave generata in maniera casuale e univoca in fase di partenza.


IL CASO DELLA CINA: ESPERIMENTO QUESS
La squadra cinese tempo fa trasmise la chiave quantistica segreta dall’osservatorio astronomico di Xinglong al satellite Micius, che orbita a 500 chilometri dalla Terra ed è stato creato e messo in orbita proprio per questo scopo.
Il satellite ha poi trasportato la chiave fino a Vienna, dove è stata trasmessa al team di ricercatori austriaci, che così hanno potuto iniziare la videoconferenza con la Cina attraverso internet.
La chiave di crittografia usata si basa su uno schema chiamato one-time pad (OTP), che richiede l’utilizzo di una chiave pre-condivisa tra i due soggetti della comunicazione.
Grazie ai principi della crittografia quantistica, una chiave creata con questa tecnica rende impossibile che qualcuno intercetti la comunicazione senza alterarla.
Quindi, qualora una chiave dovesse venire intercettata, invaliderebbe il messaggio, rendendone impossibile la lettura sia a chi l’ha sottratta che al destinatario, che capirebbe che qualcuno ha provato a frapporsi tra lui e l’altro soggetto legittimo della comunicazione.
Nome in codice dell'esperimento è Quess (Quantum Experiments At Space Scale).
Le chiavi crittografiche utilizzate normalmente sono basate su funzioni matematiche che le rendono vulnerabili ad attacchi quantistici.
Ed è proprio per far fronte a queste esigenze che l’Europa sta a sua volta aumentando il suo impegno nella ricerca nel campo delle comunicazioni quantistiche.


CRITTOGRAFIA QUANTISTICA 4D
La criptazione quantica 4D è un'applicazione particolare della crittografia quantistica appena descritta.
I ricercatori dell'Università di Ottawa hanno trasmesso i fotoni con una tecnica chiamata high-dimensional quantum encryption, in grado di "comprimere" il doppio dei dati in un singolo fotone. Così, se per il principio di indeterminazione di Heisenberg già citato un singolo fotone può assumere contemporaneamente il valore di "0" e "1", con la nuova tecnica degli scienziati canadesi la particella luminosa conterrà al proprio interno il doppio delle informazioni (convenzionalmente "00", "01", "10" e "11").
Questa tecnica può trasportare il doppio dell'informazione rispetto a quella di una rete quantica normale ed offre livelli di sicurezza ancora più elevati essendo meno soggetta a fattori ambientali (come le turbolenze) o interferenze elettriche.

Questa tecnologia potrebbe ben presto essere utilizzata per consentire comunicazioni sicure tra satelliti e centri di controllo a terra, in località in cui non è possibile usare reti internet canoniche tipo fibra ottico o per implementare sistemi di comunicazione crittografata a bordo di oggetti in volo quali aerei o elicotteri.