9 gennaio 2021

L’agenzia Nuova Cina (Xinhua) e China Daily riportano che scienziati cinesi hanno creato la prima rete di comunicazione quantistica integrata al mondo, combinando oltre 700 fibre ottiche a terra con due collegamenti terra-satellite per ottenere la distribuzione della chiave quantistica su una distanza totale di 4.600 chilometri per gli utenti in tutto il paese.

Il team, guidato da Jianwei Pan, Yuao Chen e Chengzhi Peng dell’Università di Scienza e Tecnologia della Cina a Hefei, ha riportato su Nature gli ultimi progressi verso l’applicazione pratica e globale di tale rete per comunicazioni future.

A differenza della crittografia convenzionale, la comunicazione quantistica è considerata unhackable e quindi il futuro del trasferimento sicuro di informazioni per banche, reti elettriche e altri settori.

Il nucleo della comunicazione quantistica è la distribuzione delle chiavi quantistiche (QKD), che utilizza gli stati quantistici delle particelle, ad es. fotoni – per formare una stringa di zeri e uno, mentre qualsiasi intercettazione tra il mittente e il destinatario cambierà questa stringa o chiave e sarà immediatamente notato.

Finora, la tecnologia QKD più comune utilizza fibre ottiche per trasmissioni su diverse centinaia di chilometri, con elevata stabilità ma notevole perdita di canale. Un’altra importante tecnologia QKD utilizza lo spazio libero tra i satelliti e le stazioni di terra per trasmissioni a livello di mille chilometri.

Nel 2016, la Cina ha lanciato il primo satellite di comunicazione quantistica al mondo (QUESS, o Mozi / Micius) e ha ottenuto il QKD con due stazioni di terra distanti 2.600 km. Nel 2017 è stata completata una rete in fibra ottica di oltre 2.000 km per QKD tra Pechino e Shanghai.

Utilizzando relè affidabili, la rete in fibra a terra ei collegamenti da satellite a terra sono stati integrati per servire più di 150 utenti industriali in tutta la Cina, comprese banche statali e locali, reti elettriche municipali e siti web di e-government.

Questo lavoro mostra che la tecnologia di comunicazione quantistica può essere utilizzata per future applicazioni pratiche su larga scala. Allo stesso modo, è possibile stabilire una rete di comunicazione quantistica globale se vengono combinate reti quantistiche nazionali di paesi diversi e se università, istituzioni e aziende si uniscono per standardizzare i protocolli correlati, l’hardware.

Ciò grazie anche allo sviluppo di Jiuzhang, un prototipo di computer quantistico sviluppato presso l’Università di Scienza e Tecnologia della Cina, rappresenta un balzo in avanti così grande nell’informatica che solo 200 secondi del suo tempo dedicati a un compito specifico equivalgono a 600 milioni di anni di tempo di elaborazione per l’attuale più potente supercomputer.

Come scrive Marta Russo su Wired:

“Si chiama Jiuzhang ed è una nuova tipologia di computer quantistico che ha appena dimostrato di essere in grado di eseguire un calcolo che per un computer tradizionale sarebbe impossibile da effettuare. Si tratta, in pratica, di computer quantistico fotonico, ossia che sfrutta le particelle di luce (appunto i fotoni), appena messo a punto da un team di ricercatori della University of Science and Technology of China, che rivendica oggi la supremazia quantistica, ossia la capacità di un processore quantistico di risolvere un calcolo che un computer tradizionale compierebbe in anni e anni. E che era già stata raggiunta in passato, esattamente nel 2019, quando Google cantò vittoria con il suo computer quantistico basato su materiali superconduttori. “Questa è la prima conferma, indipendente dal successo di Google, secondo cui si può davvero raggiungere la supremazia quantistica”, ha commentato Scott Aaronson, informatico dell’Università del Texas ad Austin. “È davvero eccitante”. Il nuovo computer quantistico è stato appena presentato sulle pagine di Science.

Jiuzhang, che deve il suo nome a un antico testo matematico cinese, è riuscito infatti a eseguire un complesso calcolo in soli 200 secondi, rispetto ai 600 milioni di anni che invece avrebbe rischiesto un computer non quantistico o uno dei più veloci e potenti computer oggi disponibili nel mondo. Differentemente da Sycamore, il computer quantistico di Google che si basa su minuscoli bit quantistici realizzati con materiali superconduttori e che era riuscito a risolvere un calcolo in pochi minuti, Jiuzhang si basa sulla fotonica (sfrutta le particelle di luce): è composto, infatti, di una complessa serie di dispositivi ottici che trasportano i fotoni. Questi dispositivi consistono in sorgenti luminose, 300 beam splitter (dispositivi ottici che divino un raggio di luce in due parti), 75 specchi e 100 rivelatori di fotoni. Servendosi poi di un processo noto come campionamento del bosone, Jiuzhang riesce a generare una sequenza di numeri molto complessa ed estremamente difficile da replicare per un computer tradizionale.

“Questo computer quantistico mostra che è possibile raggiungere la supremazia quantistica utilizzando il campionamento fotonico dei bosoni, di cui molti avevano dubitato, e che rappresenta un percorso completamente diverso dai qubit superconduttori utilizzati da Google”, commenta Aaronson. Un limite di Jiuzhang, tuttavia, è che può eseguire solo un singolo tipo di attività, appunto il campionamento del bosone. Al contrario, il computer quantistico di Google potrebbe essere programmato per eseguire una varietà di algoritmi. “Non sappiamo se il campionamento del bosone potrà avere applicazioni in sé e per sé, oltre a dimostrare la supremazia quantistica”, commenta l’esperto, precisando che forse potrebbe tornare utile nella chimica quantistica o nella crittografia.“