Comunicazione quantistica: la prima dimostrazione di TIM e Sparkle su fibra ottica

TIM e Sparkle, in occasione del G20 di Trieste, hanno partecipato alla realizzazione della prima dimostrazione pubblica di una comunicazione quantistica internazionale su fibra ottica tra le città di Trieste, Lubiana e Fiume grazie all’utilizzo di connessioni in fibra ottica dedicate.

Nel corso dell’incontro i presenti hanno potuto assistere a una videochiamata che utilizza un innovativo sistema di crittografia quantistica per trasferire i dati su lunga distanza (80-100 chilometri) in modo sicuro. La rete che collega le tre città è stata realizzata da TIM e Sparkle in collaborazione con l’Università di Trieste e l’Istituto Nazionale di Ottica del CNR.

La comunicazione quantistica risponde all’esigenza di sicurezza nelle comunicazioni, una priorità per tutti i governi del mondo. Si tratta di una tecnologia che può assicurare livelli di sicurezza irraggiungibili con gli attuali protocolli di cifratura grazie al particolare funzionamento delle “chiavi” crittografiche quantistiche.

La crittografia dei dati è l’arma più efficace che abbiamo oggi per proteggere i dati che vengono trasferiti utilizzando un mezzo intrinsecamente insicuro qual è la rete Internet.
La crittografia asimmetrica o a chiave pubblica permette di proteggere la riservatezza e l’integrità dei dati assicurandone l’autenticità a patto però di usare algoritmi crittografici sicuri.

Alcuni algoritmi crittografici offrono oggi un elevato grado di sicurezza perché non soffrendo di debolezze intrinseche per risalire alle chiavi di decodifica è necessario svolgere un’intensa attività di brute forcing o in generale tentare l’utilizzo di metodi di fattorizzazione.
La sicurezza di RSA e di altri cifrari ruota intorno a un numero che è il prodotto di due numeri primi molto grandi. Fattorizzare quel numero utilizzando la forza bruta (brute force, quindi provando tutte le possibili combinazioni) o utilizzando metodi più veloci equivale a violare la sicurezza del cifrario.

Sebbene eventuali aggressori interessati a risalire a una chiave crittografica possano utilizzare batterie di GPU e sistemi cloud per provare a risalire alle chiavi di cifratura, l’algoritmo RSA-2048 potrebbe avere ancora una diversi anni di vita prima di essere considerato obsoleto. E proprio RSA-2048 è considerato oggi come il requisito minimo da qualunque browser così come dalle più grandi aziende per qualunque comunicazione sicura.

Quando generata in modo corretto, una chiave RSA a 2048 bit richiede 10²⁴ anni per essere fattorizzata con un normale PC. Usando sistemi multi-GPU specializzati o una batteria di macchine in-cloud si può far scendere il tempo necessario per concludere la fattorizzazione.
I computer quantistici potrebbero velocizzare ulteriormente il processo anche se ci vorrebbe un quantum computer da 20 milioni di qubit per completare con successo la fattorizzazione in sole 8 ore. I computer quantistici di oggi non vanno oltre i 70 qubit.

Ciononostante è bene guardare a sistemi innovativi che permettano di elevare ulteriormente gli standard di sicurezza.

Il ruolo della comunicazione quantistica: cos’è e come funziona

L’obiettivo della comunicazione quantistica è quello di codificare e quindi proteggere i dati trasmessi attraverso un mezzo di comunicazione in modo assolutamente inviolabile.

La comunicazione quantistica usa le leggi dei quanti per proteggere i dati: quando un soggetto terzo prova a osservare i dati in transito la configurazione dei qubit viene alterata e le parti possono sapere immediatamente che si è verificato un tentativo di intrusione.
Le chiavi quantistiche sono infatti sequenze di numeri casuali che vengono generate a distanza attraverso lo scambio di fotoni.

L’importante sperimentazione svolta oggi da TIM, Sparkle, Università di Trieste e CNR non ha precedenti perché si è svolta attraverso tre nodi di rete posti nei tre Paesi coinvolti – Italia, Slovenia e Croazia -.

È stato predisposto un collegamento per la distribuzione quantistica di chiavi crittografiche attraverso trusted node, elemento fondamentale per garantire l’estensione delle reti quantistiche su grandi distanze.

Il professor Angelo Bassi (dipartimento di Fisica dell’Università di Trieste) ha spiegato che la tecnologia quantistica garantisce altissimi livelli di sicurezza proprio perché “risponde al problema di come ‘recapitare’ in maniera sicura le chiavi crittografate agli attori della comunicazione. Mentre classicamente, intercettando la copia della chiave trasmessa è possibile duplicarla senza che il mittente o il destinatario se ne accorgano compromettendo così la riservatezza della comunicazione, questa azione è impossibile per le chiavi quantistiche“.

L’inedita iniziativa odierna si inserisce nel contesto europeo, nell’ambito del progetto EuroQCI promosso dai 27 Stati Membri e dalla Commissione Europea, con il supporto dell’Agenzia Spaziale Europea, alla quale l’Italia sta contribuendo con i propri centri di ricerca.