Gli scienziati creano una rete di comunicazione quantistica integrata / Scientists create integrated quantum communication network

 Gli scienziati creano una rete di comunicazione quantistica integrata / Scientists create integrated quantum communication network

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

Scienziati cinesi hanno stabilito 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.  /   Chinese scientists have established the world's first integrated quantum communication network, combining over 700 optical fibers on the ground with two ground-to-satellite links to achieve quantum key distribution over a total distance of 4,600 kilometers for users across the country.   Fonte: University of Science and Technology of China

A differenza della crittografia convenzionale, la comunicazione quantistica è considerata unhackable e quindi il futuro del trasferimento sicuro di informazioni per banche, reti elettriche ed altri settori. Il nucleo della comunicazione quantistica è la distribuzione delle chiavi quantistiche (QKD), che utilizza gli stati quantistici delle particelle, ad esempio i fotoni, per formare una stringa di zero e uno, mentre qualsiasi intercettazione tra il mittente e il destinatario cambierà questa stringa o chiave e farsi notare immediatamente. 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 per comunicazioni quantistiche al mondo (QUESS, o Mozi / Micius) e ha ottenuto il QKD con due stazioni di terra distanti 2.600 km (o 1.615 miglia). 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 ed i 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. "Il nostro lavoro mostra che la tecnologia di comunicazione quantistica è sufficientemente matura per applicazioni pratiche su larga scala", ha affermato il professor Jianwei Pan. Allo stesso modo, una rete di comunicazione quantistica globale può essere stabilita se vengono combinate reti quantistiche nazionali di paesi diversi e se università, istituzioni e aziende si uniscono per standardizzare i protocolli e l'hardware correlati, ha aggiunto.

Negli ultimi due anni, il gruppo ha ampiamente testato e migliorato le prestazioni di diverse parti della rete integrata. Ad esempio, con una frequenza di clock maggiore e un protocollo QKD più efficiente, il QKD da satellite a terra ora ha una velocità media di generazione delle chiavi di 47,8 kilobit al secondo, che è 40 volte superiore alla velocità precedente. I ricercatori hanno anche spinto il record per il QKD a terra oltre i 500 km utilizzando una nuova tecnologia chiamata QKD a doppio campo (TF-QKD).

I ricercatori prevedono di espandere la rete in Cina e con i loro partner internazionali provenienti da Austria, Italia, Russia e Canada. Mirano anche a sviluppare satelliti QKD su piccola scala ed economici e ricevitori terrestri, nonché satelliti in orbita terrestre media e alta per ottenere QKD di livello di diecimila km di tutti i tempi.

ENGLISH

Unlike conventional encryption, quantum communication is considered unhackable and therefore the future of secure information transfer for banks, power grids and other sectors. The core of quantum communication is quantum key distribution (QKD), which uses the quantum states of particles — for instance, photons — to form a string of zeros and ones, while any eavesdropping between the sender and the receiver will change this string or key and be noticed immediately. So far, the most common QKD technology uses optical fibers for transmissions over several hundred kilometers, with high stability but considerable channel loss. Another major QKD technology uses the free space between satellites and ground stations for thousand-kilometer-level transmissions. In 2016, China launched the world's first quantum communication satellite (QUESS, or Mozi/Micius) and achieved QKD with two ground stations that are 2,600 km (or 1,615 miles) apart. In 2017, an over 2,000-km-long optical fiber network was completed for QKD between Beijing and Shanghai.

Using trusted relays, the ground-based fiber network and the satellite-to-ground links were integrated to serve more than 150 industrial users across China, including state and local banks, municipal power grids, and e-government websites. "Our work shows that quantum communication technology is sufficiently mature for large-scale practical applications," said Professor Jianwei Pan. Similarly, a global quantum communication network can be established if national quantum networks from different countries are combined, and if universities, institutions and companies come together to standardize related protocols, and hardware, he added.

In the last couple of years, the team extensively tested and improved the performance of different parts of the integrated network. For instance, with an increased clock rate and more efficient QKD protocol, the satellite-to-ground QKD now has an average key generation rate of 47.8 kilobits per second, which is 40 times higher than the previous rate. The researchers have also pushed the record for ground-based QKD to beyond 500 km using a new technology called twin-field QKD (TF-QKD).

The researchers plan to expand the network in China and with their international partners from Austria, Italy, Russia and Canada. They also aim to develop small-scale, cost-efficient QKD satellites and ground-based receivers, as well as medium and high Earth orbit satellites to achieve all-time, ten-thousand-km-level QKD.

Da:

https://insights.globalspec.com/article/15737/scientists-create-integrated-quantum-communication-network?uid=%2D1474234620&uh=f9d092&md=210126&mh=46d5f3&Vol=Vol21Issue4&Pub=1&LinkId=2053953&keyword=link%5F2053953&itemid=364079&frmtrk=newsletter&cid=nl