Ricercatori del Dipartimento di Fisica dell'Università di Varsavia, guidati dal Dott. Michał Karpiński, a capo del Quantum Photonics Laboratory, hanno compiuto un passo avanti significativo nello sviluppo di un sistema di crittografia quantistica (QKD) basato sull'effetto Talbot temporale. Questo innovativo approccio utilizza la codifica ad alta dimensionalità per semplificare e rendere più scalabile la costruzione dei sistemi QKD rispetto alle tecnologie esistenti, affrontando le crescenti minacce informatiche.
Il Dott. Michał Karpiński, a capo del Quantum Photonics Laboratory presso l'Università di Varsavia, ha spiegato che la ricerca si concentra sulla QKD, una tecnologia che impiega singoli fotoni per stabilire una chiave crittografica sicura. A differenza della QKD tradizionale che utilizza i qubit, questo nuovo metodo esplora stati quantistici più complessi, come le sovrapposizioni temporali di fotoni, che permettono di codificare informazioni nella fase dell'onda luminosa.
L'ispirazione per questo metodo deriva dall'effetto Talbot, un fenomeno ottico classico in cui la luce che attraversa un reticolo di diffrazione riappare a intervalli regolari. Esteso al dominio temporale, questo effetto consente l'applicazione ai singoli fotoni, aprendo nuove vie per l'elaborazione degli stati quantistici. Il team ha ingegnerizzato un sistema sperimentale QKD quadridimensionale utilizzando componenti commerciali, caratterizzato dalla capacità di rilevare sovrapposizioni di impulsi multipli con un singolo rivelatore di fotoni. Ciò riduce significativamente la complessità e il costo del sistema, eliminando la necessità di calibrazione separata e dispendiosa in termini di tempo.
Questo nuovo metodo aggira la necessità di calibrazioni complesse, vantando un'alta efficienza poiché tutti gli eventi di rilevamento di fotoni sono utili. Sebbene presenti tassi di errore di misurazione relativamente elevati, questi non ostacolano la QKD. Un vantaggio sostanziale è la capacità di rilevare sovrapposizioni sia 2D che 4D senza modifiche hardware o stabilizzazione del ricevitore. La sicurezza del sistema è stata testata con successo su distanze di diversi chilometri in fibre ottiche di laboratorio e nell'infrastruttura dell'Università di Varsavia.
In collaborazione con gruppi di ricerca italiani e tedeschi, il team ha affrontato una vulnerabilità teorica legata alla descrizione incompleta di molti protocolli QKD, sviluppando una modifica al ricevitore per raccogliere più dati e eliminare il difetto di sicurezza. La dimostrazione di sicurezza del nuovo protocollo è stata pubblicata su Physical Review Applied. Questo progresso rappresenta un passo significativo verso l'implementazione pratica della crittografia quantistica, potenziando la sicurezza della trasmissione dei dati negli ambienti urbani.
La distribuzione di chiavi quantistiche ad alta dimensionalità (HDQKD) dimostra una maggiore efficienza informativa e resistenza al rumore rispetto ai tradizionali protocolli QKD binari, aprendo la strada a una comunicazione quantistica più affidabile e scalabile in futuro.