L'esplosione dell'intelligenza artificiale sta mettendo a dura prova le infrastrutture di rete globali, creando una domanda di traffico dati senza precedenti. I data center che alimentano i sistemi di AI devono garantire comunicazioni sempre più veloci e affidabili, ma si scontrano con due problemi crescenti: il consumo energetico fuori controllo e la minaccia rappresentata dai futuri computer quantistici, capaci di violare i sistemi di crittografia attualmente in uso. Una soluzione innovativa arriva ora dalla fotonica quantistica, con un'architettura che promette di risolvere entrambe le sfide.
Un gruppo di ricercatori ha sviluppato un sistema di interconnessione ottica che combina trasmissione dati ad altissima velocità e sicurezza quantistica, riducendo al minimo il consumo energetico. La ricerca, pubblicata sulla rivista Advanced Photonics, presenta un'architettura che utilizza tecniche di elaborazione digitale del segnale estremamente semplificate, mantenendo però prestazioni adeguate agli scenari più esigenti dei data center basati su intelligenza artificiale.
Il cuore del sistema si basa sulla tecnologia SHC (self-homodyne coherent), una tecnica di trasmissione che permette di inviare un segnale di riferimento insieme ai dati. Questo approccio semplifica notevolmente il lavoro del ricevitore nella decodifica delle informazioni, mantenendo alta sensibilità e stabilità. Il risultato è una trasmissione che supera 1,6 terabit al secondo con costi e consumi energetici contenuti, un aspetto cruciale considerando l'impatto ambientale dei data center moderni.
Ma la vera innovazione sta nell'integrazione della distribuzione quantistica delle chiavi, nota come QKD. Questa tecnologia sfrutta i principi della meccanica quantistica per generare chiavi di crittografia che non possono essere intercettate o copiate senza lasciare tracce rilevabili. Le chiavi quantistiche vengono utilizzate per potenziare la crittografia AES-256 delle trasmissioni classiche, garantendo una protezione che resisterà anche agli attacchi dei computer quantistici del futuro.
Per gestire simultaneamente segnali classici e quantistici, l'architettura impiega fibre multicore, cavi che contengono diversi canali separati all'interno di un singolo filamento. Questa soluzione permette a flussi di informazioni differenti di viaggiare affiancati senza interferenze reciproche, risultando pienamente compatibile con le infrastrutture in fibra ottica già esistenti. Un vantaggio non da poco per chi deve aggiornare le reti senza rivoluzionare completamente gli impianti.
I test di laboratorio hanno utilizzato una fibra a sette core per dimostrare le capacità del sistema. Durante le prove, la trasmissione classica ha viaggiato attraverso il metodo SHC mentre i segnali quantistici venivano protetti dalla QKD. I risultati hanno mostrato una velocità media di generazione delle chiavi segrete di 229 kilobit al secondo, supportando una trasmissione dati crittografata di 400 gigabit per secondo su ciascun core della fibra.
La vera prova del fuoco è arrivata con un test continuativo di 24 ore su 3,5 chilometri di fibra, pensato per simulare condizioni operative reali. Il sistema ha gestito un flusso aggregato di 2 terabit al secondo di dati classici, mantenendo una velocità media di generazione chiavi di 205 kilobit al secondo. Durante l'esperimento sono state prodotte circa 583 chiavi di crittografia sicure ogni secondo. Il sistema ha utilizzato 1.440 chiavi di sessione e ha crittografato e decrittografato con successo 21,6 petabit di dati classici in tempo reale, senza errori.
Secondo gli autori dello studio, questa architettura rappresenta un passo decisivo verso reti capaci di sostenere la crescita esponenziale delle tecnologie basate sui dati. "Armonizzando la fotonica d'avanguardia con la crittografia quantistica, apriamo la strada a reti sicure, efficienti dal punto di vista energetico e con capacità ultra-elevate", affermano i ricercatori nel loro articolo.
L'applicazione pratica di questo sistema potrebbe rivelarsi fondamentale per le applicazioni di intelligenza artificiale più avanzate, dai veicoli autonomi ai modelli linguistici di grandi dimensioni che richiedono enormi quantità di dati. Il sistema supera i colli di bottiglia delle architetture esistenti e opera con perdite di trasmissione estremamente ridotte, risultando sia efficiente che affidabile.