Cosè la crittografia quantistica?

La crittografia quantistica si riferisce a sistemi crittografici che si basano su effetti e proprietà della meccanica quantistica per eseguire attività crittografiche. Ciò è in contrasto con la crittografia classica utilizzata sui computer moderni. Un requisito fondamentale della crittografia quantistica è l'uso di un computer quantistico; non può essere eseguito utilizzando un computer standard.

QKD

Il campo principale della crittografia quantistica è QKD. QKD sta per Quantum Key Distribution. Anziché utilizzare un processo di crittografia completamente quantistico, QKD utilizza effetti quantistici per distribuire in modo sicuro una chiave di crittografia classica. Ciò significa che è necessario sviluppare solo un sistema di comunicazione quantistica sicuro e comprovato, piuttosto che algoritmi quantistici molto più complessi. Riduce anche i requisiti fisici; tecnicamente, su un normale computer sarebbe necessaria solo una scheda di rete quantistica anziché un intero computer quantistico.

La meccanica quantistica si presta ragionevolmente allo sviluppo di sistemi di comunicazione quantistica sicuri. Esistono modi per comunicare con canali di comunicazione quantistici che una terza parte non autorizzata non può monitorare senza che tale intrusione sia rilevabile.

La sicurezza di un canale di comunicazione quantistico può anche essere ridotta a pochi requisiti estremamente minimi. Una di queste condizioni è che le due parti legittime abbiano un modo per autenticarsi l'una con l'altra. Un altro requisito è semplicemente che si applichino le leggi della meccanica quantistica.

Il problema principale per QKD deriva dalla difficoltà di trasmettere informazioni quantistiche su distanze significative. La ricerca attuale consente tassi di accordo chiave adeguati su fibre ottiche fino a 550 km. Oltre questa distanza, sono necessari ripetitori quantistici per garantire che il segnale non venga perso nel rumore. Inoltre, instradare le comunicazioni quantistiche su un Internet quantistico sarebbe una sfida. Gli attuali sistemi di test tendono ad essere punto a punto.

Altri campi di ricerca

Gli effetti quantistici possono essere utilizzati nel campo del calcolo quantistico diffidente. Qui, due parti possono cooperare senza fidarsi l'una dell'altra. Il sistema quantistico può essere progettato in modo che entrambe le parti possano provare che l'altra stava barando. Questi metodi, tuttavia, si basano anche su effetti non quantistici come la relatività ristretta.

La ricerca è in corso in altri campi, come richiedere a un destinatario di trovarsi in un luogo fisico specifico anche se due avversari colludono. Altri schemi tentano di costringere anche i destinatari attivamente disonesti a dover essere onesti implementando requisiti di sistema schiaccianti per la capacità di essere fraudolenti. Gran parte di questo tipo di lavoro ha mostrato punti deboli nelle attuali implementazioni quantistiche, ma ha lasciato la porta aperta per la ricerca futura in un campo molto giovane.

La comunicazione quantistica richiede diverse cose per essere veramente sicura. In primo luogo, le trasmissioni ottiche devono essere in grado di inviare singoli fotoni. I sistemi attuali tendono a utilizzare laser che inviano più fotoni. Teoricamente, un avversario potrebbe intercettare uno dei tanti fotoni senza lasciare traccia. Tuttavia, vi sono ricerche promettenti nello sviluppo di sorgenti a singolo fotone.

In secondo luogo, i rilevatori di fotoni soffrono di differenze di produzione basate sulla tolleranza, che aprono una finestra affinché un intercettatore possa introdursi nel flusso di comunicazione senza essere rilevato. Questo problema è impossibile da risolvere completamente senza tolleranze infinitamente strette, un requisito irrealizzabile.

Conclusione

La crittografia quantistica si riferisce alla crittografia che fa uso di effetti quantomeccanici. L'attuale campo principale è Quantum Key Distribution che utilizza metodi di comunicazione quantistica per trasmettere chiavi di crittografia classiche. La crittografia quantistica non deve essere confusa con la crittografia post-quantistica.