La comunicazione quantistica è il fulcro della tecnologia dell'informazione quantistica. Presenta vantaggi quali assoluta segretezza, elevata capacità di comunicazione, velocità di trasmissione elevata e altro ancora. È in grado di svolgere compiti specifici che la comunicazione classica non può realizzare. La comunicazione quantistica può utilizzare un sistema a chiave privata, non decifrabile, per garantire una comunicazione realmente sicura, ed è per questo che si è affermata come una delle frontiere scientifiche e tecnologiche più avanzate al mondo. La comunicazione quantistica utilizza lo stato quantistico come elemento informativo per realizzare un'efficace trasmissione delle informazioni. Rappresenta un'ulteriore rivoluzione nella storia della comunicazione, dopo il telefono e la comunicazione ottica.
Le componenti principali della comunicazione quantistica:
Distribuzione di chiavi segrete quantistiche:
La distribuzione di chiavi segrete quantistiche non viene utilizzata per trasmettere contenuti riservati. Serve piuttosto a stabilire e comunicare un libro cifrato, ovvero ad assegnare la chiave privata a entrambe le parti di una comunicazione personale, un processo comunemente noto come comunicazione crittografica quantistica.
Nel 1984, Bennett degli Stati Uniti e Brassart del Canada proposero il protocollo BB84, che utilizza i qubit come vettori di informazione per codificare gli stati quantistici sfruttando le caratteristiche di polarizzazione della luce per realizzare la generazione e la distribuzione sicura di chiavi segrete. Nel 1992, Bennett propose il protocollo B92, basato su due stati quantistici non ortogonali con flusso semplice ed efficienza dimezzata. Entrambi questi schemi si basano su uno o più insiemi di singoli stati quantistici ortogonali e non ortogonali. Infine, nel 1991, Ekert del Regno Unito propose l'E91, basato sullo stato di massimo entanglement a due particelle, ovvero la coppia EPR.
Nel 1998, è stato proposto un altro schema di comunicazione quantistica a sei stati per la selezione della polarizzazione su tre basi coniugate composte da quattro stati di polarizzazione e rotazione a sinistra e a destra nel protocollo BB84. Il protocollo BB84 si è dimostrato un metodo di distribuzione critica sicuro, che finora non è stato violato da nessuno. Il principio di indeterminazione quantistica e di non clonazione quantistica ne garantisce la sicurezza assoluta. Pertanto, il protocollo EPR ha un valore teorico fondamentale. Collega lo stato quantistico entangled con la comunicazione quantistica sicura e apre una nuova strada per la comunicazione quantistica sicura.
teletrasporto quantistico:
La teoria della teletrasportazione quantistica proposta da Bennett e altri scienziati in sei paesi nel 1993 è una modalità di trasmissione puramente quantistica che utilizza il canale dello stato entangled massimo a due particelle per trasmettere uno stato quantistico sconosciuto, e il tasso di successo della teletrasportazione raggiungerà il 100% [2].
Nel 199, il gruppo di Zeilinger in Austria completò la prima verifica sperimentale in laboratorio del principio della teletrasportazione quantistica. In molti film, una trama di questo tipo compare spesso: una figura misteriosa scompare improvvisamente da un luogo e riappare all'improvviso. Tuttavia, poiché la teletrasportazione quantistica viola il principio di non clonazione quantistica e il principio di indeterminazione di Heisenberg nella meccanica quantistica, si tratta semplicemente di una forma di fantascienza nella comunicazione classica.
Tuttavia, il concetto eccezionale di entanglement quantistico viene introdotto nella comunicazione quantistica, dividendo le informazioni sullo stato quantistico sconosciuto dell'originale in due parti: informazioni quantistiche e informazioni classiche, rendendo possibile questo incredibile miracolo. Le informazioni quantistiche sono le informazioni non estratte nel processo di misurazione, mentre le informazioni classiche sono le misurazioni originali.
Progressi nella comunicazione quantistica:
Dal 1994, la comunicazione quantistica è gradualmente entrata nella fase sperimentale, compiendo passi da gigante verso l'obiettivo pratico, che presenta un eccellente valore di sviluppo e notevoli benefici economici. Nel 1997, Pan Jianwei, un giovane scienziato cinese, e Bow Meister, uno scienziato olandese, sperimentarono e realizzarono la trasmissione a distanza di stati quantistici sconosciuti.
Nell'aprile del 2004, Sorensen e colleghi hanno realizzato per la prima volta una trasmissione dati di 1,45 km tra banche utilizzando la distribuzione di entanglement quantistico, segnando il passaggio della comunicazione quantistica dalla fase di laboratorio a quella applicativa. Attualmente, la tecnologia della comunicazione quantistica ha attirato notevole attenzione da parte di governi, industria e mondo accademico. Alcune famose aziende internazionali stanno attivamente sviluppando la commercializzazione dell'informazione quantistica, come la British Telephone and Telegraph Company, Bell, IBM, i laboratori AT&T negli Stati Uniti, Toshiba in Giappone, Siemens in Germania, ecc. Inoltre, nel 2008, il progetto dell'Unione Europea "Global Secure Communication Network Development Project based on Quantum cryptography" ha istituito una rete dimostrativa e di verifica per la comunicazione sicura a 7 nodi.
Nel 2010, la rivista Time degli Stati Uniti ha riportato il successo dell'esperimento cinese di teletrasporto quantistico a 16 km nella rubrica "notizie esplosive" con il titolo "il salto della scienza quantistica cinese", indicando che la Cina può stabilire una rete di comunicazione quantistica tra la terra e il satellite [3]. Nel 2010, l'Istituto nazionale di ricerca sull'intelligence e le comunicazioni del Giappone, Mitsubishi Electric e NEC, ID quantified della Svizzera, Toshiba Europe Limited e Vienna dell'Austria hanno istituito a Tokyo la rete metropolitana di comunicazione quantistica a sei nodi "Tokyo QKD network". La rete si concentra sui risultati di ricerca più recenti di istituti di ricerca e aziende con il più alto livello di sviluppo nella tecnologia di comunicazione quantistica in Giappone ed Europa.
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Data di pubblicazione: 5 maggio 2023