I ricercatori del CERN stanno testando come combinare la tecnologia di sincronizzazione ottica White Rabbit, nata proprio al centro europeo per la ricerca nucleare, con segnali quantistici costituiti da fotoni entangled. L'obiettivo è aprire la strada a reti quantistiche più efficienti e sicure, capaci di trasformare il modo in cui trasmettiamo informazioni sensibili nel futuro digitale.
La sfida delle comunicazioni quantistiche
Le reti quantistiche rappresentano una frontiera completamente diversa rispetto alle comunicazioni tradizionali che utilizziamo quotidianamente. Mentre i nostri computer e smartphone elaborano informazioni attraverso bit classici che assumono valori di 0 o 1, le tecnologie quantistiche sfruttano i qubit, unità di informazione che possono esistere contemporaneamente in stati multipli grazie al fenomeno della sovrapposizione quantistica. Questo principio, insieme all'entanglement - il misterioso legame che connette istantaneamente particelle separate anche da enormi distanze - permette di realizzare operazioni impossibili per le reti convenzionali.
La ricerca globale in questo settore sta accelerando rapidamente, poiché le potenziali applicazioni spaziano dalla connessione di computer quantistici alla verifica di concetti fondamentali della fisica, come le disuguaglianze di Bell e la struttura dello spaziotempo stesso.
White Rabbit: dal sincronismo degli acceleratori alle reti quantistiche
La tecnologia White Rabbit, sviluppata inizialmente per sincronizzare con precisione millimetrica i dispositivi degli acceleratori del CERN, si sta rivelando un candidato ideale per le applicazioni quantistiche. Come spiega Annick Teepe, responsabile del laboratorio di reti quantistiche del CERN, "la tecnologia fornisce una precisione sub-nanosecondi e un'accuratezza dell'ordine dei picosecondi nella sincronizzazione, caratteristiche essenziali per sistemi distribuiti su larga scala".
Questa precisione temporale estrema risulta fondamentale nella distribuzione quantistica delle chiavi, un protocollo che genera chiavi di crittografia praticamente inviolabili. A differenza di altre tecnologie di sincronizzazione temporale esistenti, White Rabbit presenta il vantaggio di essere completamente open source e basato su standard internazionali, caratteristiche che ne facilitano l'adozione su scala globale.
L'esperimento in corso: fusione di luce classica e quantistica
Nel laboratorio specializzato della CERN Quantum Technology Initiative, i ricercatori stanno conducendo test per ottimizzare la trasmissione simultanea del segnale di temporizzazione White Rabbit e dei fotoni entangled attraverso le stesse fibre ottiche. L'allestimento sperimentale include una sorgente di coppie di fotoni entangled fornita da Qunnect e un rivelatore superconduttore a nanofili per singoli fotoni sviluppato da Single Quantum.
Sebbene esperimenti simili siano stati condotti da altri gruppi di ricerca internazionali, questa rappresenta la prima volta che la tecnologia nata per gli acceleratori viene testata localmente al CERN specificamente per applicazioni quantistiche. L'obiettivo, come chiarisce Amanda Díez Fernández, coordinatrice delle partnership per l'iniziativa quantistica del CERN, è "contribuire allo sforzo globale per la sincronizzazione delle reti quantistiche e stabilire White Rabbit come tecnologia standard per le comunicazioni quantistiche, anche in configurazioni distribuite e complesse".
Verso un futuro quantistico interconnesso
I risultati di questa ricerca potrebbero avere implicazioni significative per lo sviluppo delle future infrastrutture di comunicazione quantistica. Le reti quantistiche del domani dovranno essere in grado di collegare computer quantistici e sensori distribuiti geograficamente, preservando l'integrità delle informazioni quantistiche durante la trasmissione. La combinazione della precisione temporale di White Rabbit con le proprietà uniche dei fotoni entangled potrebbe rappresentare la chiave per realizzare sistemi di crittografia quantistica affidabili su scala globale, aprendo nuove possibilità in settori che vanno dalla sicurezza informatica alla ricerca scientifica distribuita.
