La fibra a nucleo cavo ha un centro cavo pieno d'aria, che corre per l'intera lunghezza del cavo ed è racchiuso in un anello di vetro.
Immagine: BT/Luminosità
Un nuovo tipo di fibra ottica riempita con nient'altro che aria sottile si è rivelata particolarmente efficace per eseguire la distribuzione delle chiavi quantistiche (QKD), un protocollo di sicurezza che in linea di principio non è hackerabile e potrebbe svolgere un ruolo chiave nella protezione dei dati sensibili contro attacchi informatici sempre più sofisticati.
BT ha sperimentato il QKD su un cavo in fibra cava lungo sei chilometri, una tecnologia su cui ha lavorato negli ultimi mesi come alternativa ai tradizionali cavi in fibra ottica.
La fibra ottica è tipicamente costituita da solidi fili di vetro che trasportano informazioni incanalando segnali luminosi emessi da trasmettitori laser. La fibra a nucleo cavo, d'altra parte, ha un centro cavo pieno d'aria, che percorre l'intera lunghezza del cavo ed è racchiuso in un anello di vetro.
Si scopre che questa configurazione è più adatta a QKD, perché riduce la possibilità che segnali diversi interferiscano tra loro e rovinino l'intero processo.
QKD funziona in modo simile alla crittografia tradizionale: i dati vengono codificati in un messaggio illeggibile grazie a una chiave di crittografia di cui il destinatario ha bisogno per decifrare le informazioni. Il metodo funziona codificando la chiave di crittografia su una particella quantistica (o qubit) che viene inviata all'altra persona, che misura il qubit per ottenere il valore della chiave.
Questo approccio è particolarmente interessante per i ricercatori di sicurezza perché si basa sulle leggi della fisica quantistica, che impongono che i qubit collassino non appena vengono misurati. Ciò significa che se una terza parte origlia lo scambio e misura i qubit per capire la chiave di crittografia, inevitabilmente lascerebbe dietro di sé un segno di intrusione.
I crittografi, quindi, chiamano QKD “provabilmente” sicuro. Il metodo dovrebbe portare un ulteriore livello di sicurezza agli scambi di dati, soprattutto perché gli hacker sviluppano strumenti migliori per violare i protocolli di sicurezza esistenti.
La tecnologia è nascente e i ricercatori stanno esaminando vari modi per eseguire la QKD; ma uno degli approcci più consolidati consiste nell'utilizzare cavi in fibra ottica per inviare sia i qubit caricati con la chiave di crittografia, sia il messaggio crittografato vero e proprio.
Ma quando si utilizza la fibra ottica tradizionale, che è in vetro, l'efficacia del protocollo è limitata. Questo perché è probabile che i segnali luminosi che trasportano informazioni diffondano le loro lunghezze d'onda quando viaggiano attraverso il vetro, un effetto chiamato “diafonia” che fa sì che i canali di luce si diffondano in altri canali.
Per questo motivo, il messaggio crittografato non può essere inviato tramite lo stesso cavo dei qubit, che sono eccezionalmente fragili e suscettibili al rumore causato dalla diafonia. L'intero processo, dice BT, è paragonabile al tentativo di avere una conversazione sussurrata accanto a un'orchestra.
È qui che la fibra a nucleo cavo potrebbe fare una grande differenza. In un canale pieno d'aria, i segnali luminosi non si disperdono così tanto e si verifica meno diafonia tra i canali. In altre parole, può esserci una netta separazione tra il flusso di dati crittografati e il debole segnale quantistico che trasporta la chiave di crittografia, anche se viaggiano entrambi sulla stessa fibra.
In definitiva, quindi, la fibra hollow core potrebbe essere un candidato più efficiente per QKD, una soluzione “tutto in uno” che richiede meno infrastruttura per essere costruita.
“Ora sappiamo che se dovessimo inserire una fibra a nucleo cavo, potremmo consentirci di mettere canali quantistici potenzialmente ovunque vogliamo, senza doverci preoccupare”, dice Catherine White, ricercatrice presso BT, a ZDNet. “Mentre con la fibra standard, dobbiamo assegnare fibre separate per il sistema QKD o dobbiamo stare molto attenti a non avere troppa potenza classica durante la pianificazione”.
Inoltre, in precedenti prove della tecnologia, BT ha anche dimostrato che l'invio di segnali luminosi attraverso un nucleo pieno d'aria è molto più veloce che attraverso il vetro: secondo l'azienda, la fibra a nucleo cavo consente ai dati di viaggiare fino al 50% più veloce rispetto ai cavi ottici tradizionali.
Ciò significa che la tecnologia potrebbe anche ridurre significativamente la latenza nella trasmissione dei dati. “Questa prova ci mostra il materiale con cui possiamo lavorare e ha proprietà meravigliose come bassa latenza e bassa dispersione”, afferma White.
Il processo di BT rimane limitato: l'esperimento non si è spinto fino allo scambio di dati crittografati reali, ma ha invece esaminato il comportamento della particella quantistica quando è stata inviata lungo un canale classico ad alta potenza, in questo caso un segnale luminoso. Il successo della sperimentazione, afferma White, sta nel fatto che entrambi i canali sono rimasti sani, cosa che non sarebbe avvenuta con la fibra standard.
“Stavamo solo provando lo scambio di chiavi, non testando la crittografia in questo caso”, afferma White.
Ma i parametri del processo, come il tasso di errore dei bit quantistici, indicano che il sistema ha effettivamente generato una chiave che potrebbe essere utilizzata per proteggere i dati, ha continuato il ricercatore. Sono in corso gli esperimenti per applicare la configurazione allo scambio di dati.
La prossima sfida sarà scoprire se la tecnologia può essere scalata. BT ha testato QKD su un cavo lungo sei chilometri, ancora lontano da altri esperimenti con il protocollo in cui i ricercatori sono riusciti a fornire particelle quantistiche per centinaia di chilometri.
All'inizio di quest'anno, ad esempio, i ricercatori del Cambridge Research Laboratory di Toshiba Europe hanno dimostrato il QKD su fibre ottiche di lunghezza superiore a 600 chilometri.
White spiega che, nonostante tutte le sue proprietà di bassa latenza e bassa dispersione, la fibra a nucleo cavo utilizzata nella prova di BT non è a bassa perdita, che è una proprietà cruciale per estendere la portata di QKD. I ricercatori, tuttavia, stanno lavorando per mettere a punto il materiale per migliorarne le prestazioni in questo senso.
“I risultati mostrano che, quando si sintonizza la fibra per particolari lunghezze d'onda, siamo in grado di avere una perdita sorprendentemente bassa”, afferma White. “Questo è molto promettente e vedremo ulteriori sviluppi”.
“Significa che la fibra a nucleo cavo potrebbe potenzialmente aiutare a raggiungere portate più lunghe di QKD di quanto abbiamo visto”, ha aggiunto.
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