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La telefonata quantistica usando singoli fotoni è impossibile da intercettare

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In Cina la prima ‘telefonata quantistica’. L’esperimento di Pechino apre la strada a telecomunicazioni supersicure: il satellite Micius ha inviato coppie di fotoni legati, tra da una proprietà quantistica detta entanglement, a tre stazioni di rilevamento distanti 1.200 chilometri l’una dall’altra. Le particelle hanno conservato il legame e potranno essere usate come chiave per crittografare messaggi a prova di hacker.

Dallo spazio è arrivato sulla Terra il primo trillo che usa un telefono quantistico. E la chiamata non era diretta ai soliti paesi protagonisti dell’esplorazione del cosmo, bensì alla Cina. Pechino, che sta investendo pesantemente nelle tecnologie per le comunicazioni quantistiche, ha battuto oggi le nazioni rivali realizzando la prima “linea telefonica” fra un satellite in orbita e tre stazioni terrestri.

Non che la chiamata sia servita a dire nulla. Per il momento l’esperimento ha solo dimostrato la fattibilità di comunicazioni che usano singoli fotoni e sono dunque impossibili da intercettare. Ma di sicuro gli sforzi di Pechino non si esauriranno qui. E’ stato infatti il leader del partito Xi Jinping a lanciare (e finanziare) nel 2012 il progetto Quess: Quantum Experiments of Space Scale. Ad agosto dell’anno scorso un razzo Lunga Marcia ha messo in orbita il satellite Micius (antico scienziato e filosofo cinese), dedicato espressamente alle comunicazioni quantistiche. Oggi un articolo su Science rivela che il primo contatto fra terra e cielo a base di fotoni collegati attraverso il fenomeno dell’entanglement è stato stabilito. Il satellite ha spedito coppie di queste particelle a tre stazioni di rilevamento cinesi situate a circa 1.200 chilometri l’una dall’altra. I primi esperimenti con fotoni singoli (ma senza entanglement) tra la Terra e un satellite sono italiani: li ha fatti Paolo Villoresi dell’Università di Padova.

L’entanglement è uno strano fenomeno della meccanica quantistica secondo cui due particelle (nel nostro caso fotoni) mantengono esattamente le stesse proprietà pur trovandosi lontani l’uno dall’altro. La letteratura popolare si è sbizzarrita su questo aspetto, paragonandolo all’amore a distanza. Ma non è certo questo il motivo che spinge da alcuni anni a questa parte i governi di molti paesi a finanziare le sperimentazioni su comunicazioni quantistiche e teletrasporto.

Quando il satellite Micius invia a due stazioni sulla Terra due fotoni identici, infatti, li sta dotando di fatto di una “password” che nessun hacker potrà violare senza essere immediatamente notato. Mentre nelle telefonate oggi spediamo miliardi di fotoni ai nostri interlocutori (o agli innamorati lontani), permettendo a un eventuale spione di “rubarne” una certa quantità, passare inosservati non sarebbe possibile quando la “chiave” di una conversazione criptata fosse limitata a una singola particella. Conversazioni a prova di hacker fanno gola a molti, dal settore militare a quello bancario. Ecco perché oltre alla Cina anche Nasa, Unione Europea (con la cifra record di un miliardo di euro), Agenzia Spaziale Europea e Canada lavorano alacremente a questi progetti.

I risultati finora sono stati modesti. E anche il primato cinese è in realtà solo un passo preliminare, ancora lontano da applicazioni pratiche. Finora i “fotoni accoppiati” sono stati fatti viaggiare lungo fibre ottiche di alcuni chilometri (un centinaio nei casi migliori): decisamente troppo poco per poter parlare di quell’internet quantistico che entanglement e teletrasporto teoricamente promettono.

Quel che Micius ha fatto è stato inviare con un laser coppie di fotoni a due coppie di stazioni a Terra: Delingha (nella regione del Qinghai, al centro della Cina) e Lijiang (nella regione dello Yunnan, a sud) e Delingha e Nanshan (nella regione dell’Urumqi, a nord-ovest). Le prime due stazioni sono distanti 1203 chilometri, le seconde due 1120. Le coppie di fotoni (quasi sei milioni al secondo) hanno viaggiato nello spazio per distanze variabili fra i 500 chilometri (l’altitudine dell’orbita di Micius) e 2mila chilometri, riuscendo a non perdere il loro stato di entanglement. Le due stazioni che hanno ricevuto i fotoni si sono così ritrovate in mano la chiave per poter procedere (e sarà la prossima tappa dell’esperimento) a scambi di informazioni sicure.

“Le competenze necessarie per questo esperimento vengono dall’Europa (il protagonista, Jian-Wei Pan, ha fatto il dottorato vent’anni fa in Austria, con cui mantiene importanti collaborazioni), – commenta Tommaso Calarco, direttore del Centro per le scienze e le tecnologie quantistiche dell’Università di Ulm e di Stoccarda – ma le proposte per concretizzarlo via satellite giacciono irrealizzate da anni all’Agenzia Spaziale Europea. Speriamo che il successo cinese stimoli ora quest’ultima a superare l’inerzia e passare all’azione, prima che il vantaggio strategico marcato da questo primo esperimento si trasformi in un divario incolmabile.”

Le difficoltà descritte dagli scienziati (appartenenti a una manciata di università cinesi, senza collaborazioni con l’estero) su Science non sono state di poco conto. I singoli fotoni hanno dovuto compiere la prima parte del loro viaggio nel vuoto dello spazio. E fin qui non ci sono stati problemi. Negli ultimi dieci chilometri hanno attraversato l’atmosfera con le sue turbolenze, rifrazioni, le ben più potenti fonti luminose della Terra e delle città, e la possibilità che la mira del satellite non fosse poi così precisa. Il contatto fra Micius e le tre stazioni è stato così limitato a poco meno di 5 minuti ogni notte, attorno all’una e mezza del mattino. Un piccolo passo, ma solo all’apparenza.

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