E se, per rendere più affidabili le comunicazioni quantistiche del futuro, bastasse cambiare il colore della luce? È questa la prospettiva esplorata da uno studio condotto dall’Istituto Nazionale di Ottica del Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR-INO) in collaborazione con l’Agenzia Spaziale Italiana (ASI), recentemente pubblicato sulla rivista Advanced Quantum Technologies. La ricerca indaga le potenzialità della luce nel medio infrarosso per la trasmissione di informazioni quantistiche attraverso l’atmosfera, aprendo nuove possibilità per lo sviluppo di collegamenti quantistici più robusti e affidabili.
Il medio infrarosso è una particolare regione dello spettro invisibile all’occhio umano, caratterizzata da lunghezze d’onda maggiori rispetto alla luce visibile e ai laser utilizzati con le fibre ottiche per telecomunicazioni, con specifiche “finestre” di trasmissione in cui l’atmosfera ostacola meno il passaggio della luce. Questo può offrire potenziali vantaggi per comunicazioni ottiche su grandi distanze e in presenza di determinate condizioni meteorologiche.
“I risultati delle simulazioni mostrano che il medio infrarosso può rendere più affidabile la trasmissione di singoli fotoni, particelle elementari della luce, anche in condizioni ambientali difficili come la nebbia e lo smog, che possono compromettere la propagazione della luce”, spiega Paolo De Natale, Direttore di CNR-INO. “Regioni spettrali finora inesplorate stanno aprendo una nuova frontiera per le tecnologie quantistiche, non solo per le comunicazioni sicure ma anche per i sensori della prossima generazione. In questo settore il CNR si pone come protagonista e i progressi tecnologici esplorati assieme ad ASI avvicinano sempre di più le applicazioni di sorgenti e sensori quantistici anche nella dimensione spaziale”.
La ricerca, condotta da studiosi di Istituto Nazionale di Ottica del CNR e Agenzia Spaziale Italiana, con Università degli Studi di Firenze e QTI S.r.l., si concentra su una sfida delle future reti quantistiche: trasmettere informazioni in modo sicuro non solo attraverso le fibre ottiche, ma anche nell’aria, tra edifici, stazioni terrestri e, potenzialmente, su grandi distanze fino ai satelliti.
“Lo sviluppo delle comunicazioni quantistiche rappresenta una delle frontiere più avanzate per il settore spaziale, in particolare per le applicazioni legate alla cybersecurity”, afferma Giancarlo Varacalli, responsabile dell’Ufficio di Telecomunicazione e Navigazione dell’Agenzia Spaziale Italiana. “La possibilità di utilizzare nuove regioni dello spettro ottico per trasmettere chiavi quantistiche da satellite apre prospettive interessanti per rendere più flessibili ed efficienti le future reti di telecomunicazioni sicure. La collaborazione con il CNR-INO è in questo senso fondamentale per esplorare nuove soluzioni e favorire il passaggio dalla ricerca alle possibili applicazioni nel settore spaziale”.
I risultati si inseriscono nel percorso della European Quantum Infrastructure (EuroQCI) che punta a sviluppare una rete per comunicazioni quantistiche sicure. L’utilizzo del medio infrarosso potrebbe offrire nuove opportunità per rendere più efficienti e disponibili i collegamenti quantistici, contribuendo alla distribuzione di chiavi crittografiche per proteggere le comunicazioni.
La ricerca nasce dalla collaborazione tra ASI e CNR-INO nel campo delle tecnologie quantistiche, consolidata negli ultimi anni attraverso diversi progetti di ricerca nazionali ed europei. Tra questi, il progetto PRIN QUAQK, l’accordo Q-ASINO, dedicati alle attività congiunte ASI-CNR sulle tecnologie quantistiche coordinati dal dr. Mario Siciliani de Cumis e il progetto europeo QUID – “Quantum Italy Deployment”.
