Collegamento di Crittografia Quantistica da Record Realizzato tramite Microsatelliti

Una Nuova Era per la Crittografia Quantistica

Encryption of transmitted data is an ever-growing concern as more and more critical functions are dependent on safe and secure data links. In the context of military, diplomatic, or even business data, secure does not only mean ensuring that no one accesses the data but also to be able to know if any third party is even trying to eavesdrop.

Questo è esattamente ciò per cui la crittografia quantistica è stata progettata, con qualsiasi interferenza rilevata automaticamente grazie alle regole fondamentali della fisica quantistica (vedi sotto).

Tuttavia, gestire la trasmissione a lunga distanza della crittografia quantistica è storicamente stato difficile, limitando l’utilità della tecnologia.

Questo sembra essere un problema del passato, poiché ricercatori cinesi sono riusciti a creare un collegamento satellitare quantistico di 12.900 km (8.000 miglia) tra la Cina e il Sudafrica.

Questo risultato è stato ottenuto grazie a un enorme sforzo collaborativo che ha riunito ricercatori del Laboratorio Nazionale di Hefei, dell’Accademia Cinese delle Scienze, dell’Istituto di Tecnologia Quantistica di Jinan, dell’Istituto di Scienza e Tecnologia Elettronica di Pechino, dell’Università di Stellenbosch (Sudafrica), della CAS Quantum Network Co. Ltd e di Quantum CTek Co. Ltd.

Questi risultati sono stati pubblicati su Nature¹, con il titolo “Microsatellite-based real-time quantum key distribution”.

Crittografia Quantistica Spiegata

Quantum encryption, or quantum key distribution (QKD), is not an encryption that relies on quantum computing capacities (this would be called quantum cryptography).

Ciò che fa la crittografia quantistica è generare chiavi di crittografia per garantire la riservatezza, utilizzando fotoni singoli per trasferire e codificare le chiavi.

Ciò che rende unica la tecnica è che i fotoni singoli non possono essere intercettati, copiati o misurati senza alterare i loro stati quantistici. È qualcosa di assolutamente impossibile da cambiare, poiché è una regola ferrea che l’osservazione delle particelle quantistiche porta al cambiamento delle loro caratteristiche.

Fonte: Quside

Di conseguenza, è certo che i due utenti comunicanti possano essere sicuri che nessuno stia nemmeno tentando di accedere alla chiave, figuriamoci riuscire a farlo.

Ciò rende la tecnica un’opzione molto potente per importanti trasmissioni di dati sicuri, soprattutto per scopi di sicurezza nazionale.

Non è un’idea nuova, poiché il concetto si basa su lavori del 1984, ma è solo ora che viene implementato su larga scala. Il metodo non trasferisce effettivamente i dati, ma fornisce solo la chiave per decrittare i dati trasmessi tramite mezzi tradizionali.

(Precedenti) Limiti della Crittografia Quantistica

Fino ad ora, la crittografia quantistica richiedeva un insieme molto elaborato di infrastrutture dedicate, con fibre ottiche dedicate.

Questo è un settore in cui la Cina è leader, con una rete quantistica terrestre basata su fibra di 2.000 km che collega 32 nodi fidati nelle principali città, da Pechino a Shanghai. Questo progetto precedente è stato condotto sotto la guida del rinomato fisico quantistico Prof. Jian-Wei Pan, uno dei leader di questo ultimo sviluppo nella crittografia quantistica.

Questo approccio differisce radicalmente da quello americano, con la NSA che preferisce tecnologie alternative.

La NSA considera la crittografia quantistica resistente (o post-quantistica) una soluzione più conveniente e più facile da mantenere rispetto alla distribuzione di chiavi quantistiche. Per tutti questi motivi, la NSA non supporta l’uso di QKD o QC per proteggere le comunicazioni nei Sistemi di Sicurezza Nazionale e non prevede di certificare o approvare alcun prodotto di sicurezza QKD o QC per l’uso da parte dei clienti NSS, a meno che queste limitazioni non vengano superate.

In generale, la crittografia quantistica è altamente basata sull’hardware e poco flessibile, e non può essere implementata in software o come servizio su una rete. Questo rende anche difficile la sua integrazione in altre reti o gli aggiornamenti.

Trasferire la Crittografia Quantistica nello Spazio

Costruire sui Sforzi Passati

Questa limitazione legata alla rete in fibra ottica, un progetto infrastrutturale massiccio, viene superata passando alla crittografia quantistica basata su satellite.

Il primo passo è stato un allestimento sperimentale del progetto Quantum Experiments at Space Scale (QUESS). Includeva il satellite Micius (Cinese: 墨子), in collaborazione con l’Università di Vienna.

Micius aveva precedentemente gestito 7.600 km di collegamenti quantistici intercontinentali basati su satellite, con l’assistenza di un esperimento di comunicazioni laser sul modulo del laboratorio spaziale cinese Tiangong-2 (la stazione spaziale cinese).

Questo è stato un buon modo per dimostrare che il concetto fosse persino possibile. Tuttavia, questo prototipo non ha ancora dimostrato che possa essere realizzato con gli elementi necessari per un dispiegamento pratico: satelliti piccoli e leggeri, stazioni a terra portatili e scambio di chiavi sicuro in tempo reale.

La parte sudafricana di questo studio è stata guidata dal Prof. Francesco Petruccione, che ha sviluppato una delle prime reti di comunicazione quantistica in fibra ottica al mondo a Durban, Sudafrica.

Fonte: Stellenbosch University

“Questa dimostrazione di successo della tecnologia satellitare quantistica posiziona fermamente il Sudafrica come un attore significativo nell’ecosistema globale della tecnologia quantistica in rapida evoluzione.

Prof. Francesco Petruccione

Il Vantaggio delle Comunicazioni via Satellite

Il più grande vantaggio dell’utilizzare i satelliti per questo tipo di comunicazione crittografata è che non dipende da una rete in fibra ottica preesistente e dedicata.

Ciò consente al sistema di essere ampiamente distribuito invece di essere limitato a un costoso e unico sistema domestico di fibre ottiche.

Un ulteriore vantaggio è che questa impresa tecnologica è stata realizzata utilizzando solo microsatelliti con un carico utile di soli 23 kg (50 libbre). Per riferimento, i satelliti Starlink, relativamente piccoli, pesano 800 kg (1.760 libbre) ciascuno.

Fonte: Reuters 

Quindi, sarebbe molto facile distribuire una costellazione massiccia di questi dispositivi senza numerosi lanci orbitali.

La stazione a terra portatile pesa circa 100 kg, il che la rende facile da trasportare e implementare ovunque.

Limitazioni delle Comunicazioni via Satellite

Poiché la comunicazione si basa sui fotoni, è altamente dipendente dalle condizioni meteorologiche. Giorni nuvolosi, o anche quando il satellite è allineato con il Sole, possono ostacolare il processo.

Quindi, molto probabilmente, questa non è una tecnologia che può essere utilizzata in qualsiasi condizione in ogni momento. È comunque un risultato impressionante. E potenzialmente, l’uso di fotoni in altre frequenze meno influenzate dal tempo (come le microonde) potrebbe essere il prossimo passo logico da implementare.

Quanto Bene Ha Funzionato?

L’impatto climatico di questa tecnologia è stato uno dei motivi per scegliere Stellenbosch, con le sue condizioni ambientali ideali di cieli sereni e bassa umidità. In queste condizioni, è stato possibile condividere fino a 1,07 milioni di bit di chiavi sicure durante un singolo passaggio del satellite.

La comunicazione era anche bidirezionale, consentendo comunicazioni sicure in tempo reale. Pertanto, questo è un successo che ha risolto tutte le limitazioni precedenti del prototipo Micius, incluso il peso del satellite e della stazione, utili scambi in tempo reale.

Un altro aspetto dimostrato dal sistema è che può trasferire la crittografia one-time pad di immagini. Quindi, anche se in futuro la crittografia quantistica non potesse essere trasferita, ad esempio a causa di cattivo tempo, una volta che la chiave è stata trasferita, i dati potrebbero comunque essere decrittati, nonostante la distanza di 12.900 kilometri.

Applicazioni

Le prime applicazioni saranno probabilmente per la sicurezza nazionale e le applicazioni militari, poiché questi sono i principali consumatori di servizi di crittografia infrangibili e altamente sicuri.

Tuttavia, questo non dovrebbe essere il punto finale di questa tecnologia. Una grande costellazione di satelliti potrebbe effettuare il trasferimento delle chiavi di crittografia anche per i consumatori commerciali. Questo può includere aziende tecnologiche, istituzioni finanziarie, exchange di criptovalute, ecc.

Tuttavia, questo livello di sicurezza, per ora, è improbabile che venga utilizzato dalla maggior parte degli utenti Internet, poiché rimarrà molto tecnico e più costoso rispetto ad altri metodi di crittografia.

Il mercato della crittografia quantistica dovrebbe crescere di un sorprendente 38,3% dal 2024 al 2030, da 518 milioni di dollari.

Fonte: Grand View Research

In generale, ciò significa che presto potrebbe essere aggiunto un nuovo e onnipresente livello di telecomunicazione spaziale, non uno di Internet a banda larga come Starlink, ma una crittografia sicura punto‑a‑punto, impossibile da spiare.

Poiché questa rete trasferisce solo la chiave di crittografia, non i dati effettivi, potrebbe essere un modo potente per migliorare la sicurezza della crittografia delle telecomunicazioni satellitari.

Il prossimo passo sarà anche testare i satelliti geostazionari, poiché ciò migliorerebbe radicalmente il tasso di trasferimento delle chiavi di crittografia.

Avrebbe anche più senso a lungo termine per un sistema commerciale, poiché l’ultra‑bassa latenza legata all’orbita bassa terrestre non è così necessaria per la crittografia quantistica.

Azienda di Crittografia Quantistica

Arqit Quantum Inc

Arqit è un fornitore di una “piattaforma di crittografia per accordo di chiave simmetrica sicura per il quantum”.

In termini più semplici, dispositivi che forniscono una crittografia sicura dai progressi nel calcolo quantistico.

I prodotti dell’azienda sono conformi agli standard NSA, così come a molti altri standard di cybersicurezza e crittografia.

I clienti di Arqit includono la maggior parte delle più grandi aziende di cybersicurezza e rete, tra cui Fortinet, Juniper Network, Intel, Adtran, ecc.

Il software associato può essere integrato con la maggior parte dei fornitori OEM (Original Equipment Manufacturer) ed è basato sul cloud.

Fonte: Arquit

Questa tecnologia è riconosciuta dall’industria come leader nella qualità della crittografia, avendo vinto i National Cyber Awards e il Cyber Security Software Company of the Year Award ai Cyber Security Awards. Ha inoltre vinto il CTO Outstanding Technology Award per la soluzione 5G sicura al Mobile World Congress.

Nonostante un impressionante elenco di clienti, partner e premi, Arqit è ancora una società molto giovane, con soli 293.000 $ di fatturato nel 2024.

Tuttavia, questo non riflette il vero valore dell’azienda, poiché prevede contratti per decine di milioni provenienti da enti governativi e aziende private nel prossimo futuro:

La maggior parte dei contratti erano licenze limitate per dimostrazioni e test di integrazione del software di accordo di chiave simmetrica di Arqit.

Come annunciato in precedenza, ad Arqit è stato assegnato un contratto di licenza enterprise pluriennale nella regione EMEA per un ente governativo, che dovrebbe generare un fatturato ricorrente annuo a sette cifre in totale. Prima della fine dell’anno fiscale 2024, il contratto è stato finalizzato. Si prevede che la generazione di ricavi inizi nel periodo fiscale corrente.

Allo stesso modo, Sparkle ha nel 2024 ha lanciato la sua “Network as a Service (NaaS) Product Suite with Quantum-Safe over Internet”, utilizzando prodotti Arqit.

Insieme a una posizione di cassa di 18,7 M$ alla fine del 2024, i contratti imminenti mettono Arqit in una posizione per evolversi presto dal suo status di startup pre-ricavo, giustificando la sua valutazione a 9 cifre.

Ultime Notizie su Arqit Quantum Inc.

Riferimento allo Studio:

^{1. Li, Y., Cai, WQ., Ren, JG. et al. Microsatellite-based real-time quantum key distribution. Nature (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-08739-z}