RICERCA ITALIANA     

Distribuzione di informazione quantistica e crittografia

Università degli Studi di Pavia

Abstract

La distribuzione di informazione a molti utenti (broadcasting) è affetta da limitazioni di principio quando l'informazione è quantistica, e questo fatto pone un serio problema in teoria quantistica dell'informazione, per l'elaborazione condivisa e per le reti di comunicazione. Il principale obiettivo di questo progetto di ricerca, basato sulla stretta collaborazione del gruppo teorico di Pavia con quello sperimentale di Roma, è lo studio del broadcasting dell'informazione quantistica, sia dal punto di vista teorico che sperimentale, allo scopo di realizzare dispositivi effettivamente in grado di implementare una nuova tecnologia quantistica di broadcasting. Lo studio teorico analizzerà anche le limitazioni di principio poste dal broadcasting di informazione quantistica, nonchè la complementarità sicurezza-distribuzione quando l'informazione quantistica distribuita è usata con finalità crittografiche. La recentissima scoperta della possibilità di realizzare il superbroadcasting (ossia distribuzione con simultanea purificazione) dà particolare valore aggiunto al progetto. All'interno del programma si analizzeranno inoltre nuovi schemi crittografici recentemente proposti---che coinvolgono stati quantistici in dimensione maggiore di due e che risultano più robusti sia rispetto all'intercettazione che all'effetto del rumore---insieme allo studio di tecniche di intercettazione e dei vincoli ottimali tra informazione e disturbo.

Si prevede di ospitare numerosi >>>

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

Giacomo Mauro D'ARIANO Università degli Studi di PAVIA

Obiettivo del Programma di Ricerca

Il principale obiettivo del presente progetto di ricerca è lo studio della distribuzione di informazione quantistica, da entrambi i punti di vista, teorico e sperimentale, analizzando i limiti di principio alla realizzabilità, e implementando una nuova tecnologia per il bradcasting quantistico. In particolare, si analizzarà accuratamente la possibilità di purificare gli stati durante la distribuzione---il cosiddetto "super-bradcasting"---valutando le correlazioni tra i vari utenti e derivando i trade-off tra sicurezza e broadcasting nel caso in cui il protocollo di broadcasting sia utilizzato per distribuire quantisticamente chiavi crittografiche. All'interno del programma verrano anche studiati nuovi schemi crittografici recentemente proposti---più efficaci contro intercettamenti e interazioni con l'ambiente circostante--- insieme a tecniche di intercettazione ed il relativo trade-off tra informazione e disturbo. Saranno migliorate alcune tecnologie applicate nell'ottica quantistica, tra cui schemi più efficienti di ottica non-lineare, tecniche per ridurre il rumore, generazione di nuove sorgenti e migliori detector.

Il progetto coinvolgerà il gruppo teorico di Pavia e quello sperimentale di Roma in una stretta collaborazione.

Durata

24 mesi

Base di partenza scientifica nazionale o internazionale

Il nuovo settore della Quantum Information [Nielsen00] rappresenta senz'altro uno dei maggiori passi avanti nella fisica contemporanea, collegando la ricerca di fondamento con la "Tecnologia dell'Informazione", che è guida per tutta la moderna tecnologia. L'incontro tra fisica quantistica e tecnologia dell'informazione---originariamente motivato dalla richiesta di miniaturizzazione---ha recentemente aperto la strada alla realizzazione di apparati per l'elaborazione dell'informazione completamente nuovi, con la possibilità di avere comunicazioni crittografiche la cui sicurezza è garantita, e la drastica velocizzazione di alcuni algoritmi computazionali per mezzo della computazione quantistica. La realizzazione di un computer quantistico (di dimensioni utili, almeno un centinaio di qubits), sebbene sia uno degli obiettivi primari, resta tuttavia un sogno per la tecnologia odierna. Conseguentemente l'attenzione si è rivolta maggiormente verso applicazioni più immediate della Quantum Information, principalmente sul versante della comunicazione e codifica dell'informazione. Tra le molte applicazioni della Quantum Information, la crittografia quantistica rappresenta certamente la più immediata. In effetti apparati Plug&Play per la distribuzione quantistica di chiavi crittografiche (QKD) sono stati realizzati dai gruppi di Ginevra e Vienna in Europa, e dalla MagiQ a New York, mentre a Los Alamos si sono sperimentate comunicazioni crittografiche via etere progettate per tecnologia >>>