La Cina mette in orbita un rivoluzionario esperimento di crittografia quantistica

Lunedì 15 agosto la Cina ha messo in orbita un rivoluzionario esperimento scientifico ideato per testare le basi della tecnologia necessaria alle comunicazioni sicure del futuro.

Alle ore 19.40 italiane di lunedì 15 agosto un razzo vettore Lunga Marcia 2D è decollato dallo storico Jiuquan Satellite Launch Center nel deserto del Gobi a circa 1600 km da Pechino, conosciuto anche come Shuang Cheng Tze Launch Center, attivo dal lontano 1958 e primo sito di lancio cinese della storia. Il razzo Lunga Marcia 2D è la versione a 2 stadi del razzo Lunga Marcia 4 che infatti ne costituisce sia il primo che il secondo stadio anche se con qualche modifica in quest’ultimo caso. Il razzo può portare i suoi carichi su diverse orbite come le orbite basse terrestri (LEO) per un massimo di 3500 kg o le orbite elio-sincrone (SSO) per un massimo in questo caso di 1300 kg, ma sempre con un diametro massimo del fairing (la protezione del carico) di 3,35 metri. Il suo sviluppo è stato portato avanti dallo Shanghai Academy of Spaceflight Technology con il primo volo nel 1992 e, al momento, 29 missioni tutte coronate da successo. Nella missione del 15 agosto il carico principale era costituito dal Quantum Science Satellite (QSS) e da 2 carichi secondari non ancora identificati.

La parte relativa ai carichi scientifici di Micius
Credits: Xinhua

Il satellite è identificato in patria anche con il nome Micius dal nome latinizzato del filosofo e scienziato cinese vissuto a cavallo tra il IV e V secolo avanti Cristo e accreditato dello scoperta che la luce viaggia in linea retta. La scelta non è casuale in quanto il QSS, del peso di circa 600 kg, è l’apripista e prototipo di una serie di tecnologie dedicate alla comunicazione ottica ed in particolare alla sicurezza della comunicazione realizzata tramite crittografia quantistica. La sua strumentazione infatti comprende un cristallo generatore di fotoni correlati (entangled), una chiave per la comunicazione, un emettitore di entanglement quantistici e un trasmettitore laser ad alta velocità.

La crittografia quantistica e più in generale tutta la scienza legata alla fisica quantistica è un campo di ricerca in forte sviluppo poiché promette delle ricadute molto interessanti nel campo della comunicazione ma anche in quello dei super-computer. Nel caso di Micius l’area di interesse è la comunicazione codificata: una comunicazione mediante tecnologia quantistica è intrinsecamente sicura poiché due interlocutori che interagiscano tramite l’utilizzo di fotoni correlati verrebbero a conoscenza di un’eventuale intercettazione nel momento stesso in cui essa avvenga dal momento che farebbe collassare lo stato quantistico del mezzo di trasporto e cioè dei fotoni, i costituenti della luce. Per raggiungere questa perfetta sicurezza, le due parte condividono una chiave di cifratura codificata nella polarizzazione di una stringa di fotoni correlati.

Va da se che questa tecnologia è molto appetibile in tutti i campi non ultimo tutto ciò che riguarda le sicurezze nazionali e conseguentemente tutte le agenzie di spionaggio. Non a caso la ricerca in questo campo è stata definita “la corsa allo spazio del XXI secolo” ed esistono molti gruppi di ricerca attivi in questo campo, se ne contano in diversi paesi fra cui Italia, Canada, Giappone e Singapore. Ma questi sono esclusivamente quelli di dominio pubblico, non è escluso ma anzi abbastanza probabile che gli Stati Uniti stia lavorando a questa tecnologia nell’ambito di progetti di ricerca classificati per conto della difesa. La tecnologia è già a buon punto con anche diverse missioni attive nello spazio che hanno provato che coppie di fotoni correlati possono essere generate nello spazio ma senza giungere alla trasmissione vera e propria. Almeno a quanto disponibile pubblicamente.

Anche la Cina è interessata alla tecnologia e ha investito 100 milioni di dollari in questa missione delle durata di 2 anni per testare per la prima volta la trasmissione a lunga distanza. Le teorie della meccanica quantistica infatti postulano che le proprietà dei fotoni correlati rimangano intrecciate senza nessuna influenza da parte della distanza fisica. In pratica però, la comunicazione quantistica è possibile solamente su distanza di qualche centinaio di km a causa delle fibre ottiche impiegate per quanto riguarda le comunicazioni a Terra e a causa delle interferenze e dell’assorbimento di fotoni da parte dell’atmosfera terrestre per quanto riguarda le trasmissioni via etere. Trasmettere un segnale ottico attraverso il vuoto spaziale e usare un satellite come ripetitore è quanto cerca di provare il satellite Micius e potrebbe rendere possibili le comunicazioni su scala globale.

Il generatore di quantum entanglement a bordo di Micius
Credits: Xinhua

Il principio di funzionamento del Quantum Science Satellite si basa su un cristallo che genera una coppia di fotoni correlati le cui proprietà rimangono accoppiate a un’altra coppia che tuttavia si trova lontano da questa. Un sistema di comunicazione ottica ad alta fedeltà è il responsabile di consegnare i componenti delle coppie correlate alle stazioni ottiche a terra posizionate a Vienna in Austria e a Pechino in Cina dove le loro proprietà di polarizzazione saranno usate per generare una chiave segreta di codifica.

Questa sarà solo la prima parte della missione, una volta che una trasmissione quantica di questo tipo verrà dimostrata e sarà fruibile, il satellite verrà utilizzato come ripetitore per validare la possibilità di trasmissione end-to-end a terra: la stazione di Pechino genera un fascio di fotoni correlati verso il satellite e questo viene spedito indietro verso la stazione di Vienna per stabilire una connessione su lunga distanza. In questo modo verrà dimostrata la possibilità di comunicazione su distanze pressoché infinite ma non solo, poiché il cosiddetto teletrasporto quantico sarà testato utilizzando informazioni sulle proprietà dei fotoni per ricreare lo stesso stato quantico ben definito in una locazione diversa da quella di partenza. Se la missione sarà coronata da successo è facile prevedere che a questo satellite seguirà un’intera costellazione per garantire la comunicazione, e le sue proprietà correlate, sull’intera superficie terrestre.

C’è da notare che la Cina sta già per completare una canale di comunicazione quantica tra Pechino e Shanghai, dimostrando quanto il paese asiatico crede e investe in questa tecnologia che evidentemente ritiene fondamentale e non è la solo se è vero che già si parla di una nuova era digitale, quella del “quantum internet”.