Raggiunto il record di collegamento crittografico quantistico tramite microsatelliti

Una nuova era per la crittografia quantistica

La crittografia dei dati trasmessi è una preoccupazione in continua crescita, poiché sempre più funzioni critiche dipendono da collegamenti dati sicuri e protetti. Nel contesto dei dati militari, diplomatici o persino aziendali, sicuro non significa solo garantire che nessuno acceda ai dati, ma anche essere in grado di sapere se una terza parte sta anche solo cercando di intercettarli.

La crittografia quantistica è specificamente progettata per questo scopo: qualsiasi interferenza viene rilevata automaticamente grazie alle regole fondamentali della fisica quantistica (vedere sotto).

Tuttavia, la gestione della trasmissione a lunga distanza della crittografia quantistica è sempre stata problematica, il che ha limitato l'utilità della tecnologia.

A quanto pare questo è un problema del passato, poiché i ricercatori cinesi sono riusciti a creare un collegamento satellitare quantistico lungo 12,900 km (8,000 miglia) tra Cina e Sudafrica.

Questo risultato è stato ottenuto attraverso un massiccio 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 Quantum CTek Co. Ltd.

Questi risultati sono stati pubblicati su Nature¹, sotto il titolo “Distribuzione di chiavi quantistiche in tempo reale basata su microsatellite".

La crittografia quantistica spiegata

Crittografia quantistica, o distribuzione quantistica delle chiavi (QKD), non è una crittografia che si basa sulle capacità di calcolo quantistico (questo sarebbe chiamato crittografia quantistica).

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

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

Fonte: Quiside

Di conseguenza, i due utenti comunicanti hanno la certezza che nessuno stia nemmeno tentando di accedere alla chiave, e tanto meno che ci riesca.

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

Non si tratta di un'idea nuova, poiché il concetto si basa su un lavoro del 1984, ma solo ora viene implementato su larga scala. Il metodo non trasferisce effettivamente dati, ma è solo la chiave per decifrare i dati trasmessi tramite i mezzi usuali.

(Precedente) Limiti della crittografia quantistica

Finora, la crittografia quantistica richiedeva un set molto elaborato di infrastrutture dedicate, con fibre ottiche dedicate.

Questo è un dominio in cui la Cina è leader, con una rete quantistica terrestre in fibra di 2,000 km che collega 32 nodi affidabili 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, poiché la NSA preferisce tecnologie alternative.

La NSA considera la crittografia resistente ai quanti (o post-quantica) come una soluzione più conveniente e di facile manutenzione 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 National Security Systems 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.

Nel complesso, la crittografia quantistica è altamente basata sull'hardware e poco flessibile, e non può essere implementata nel software o come servizio su una rete. Ciò rende anche difficile la sua integrazione in altre reti o gli aggiornamenti.

Spostare la crittografia quantistica nello spazio

Basandosi sugli sforzi passati

Questa limitazione legata alla rete in fibra ottica, un imponente progetto infrastrutturale, viene superata passando invece alla crittografia quantistica basata sui satelliti.

Il primo passo è stato un allestimento sperimentale del progetto Esperimenti quantistici su scala spaziale (QUESS). Includeva il satellite Micius (cinese: 墨子), in collaborazione con l'Università di Vienna.

In precedenza, Micius aveva gestito 7,600 km di collegamenti quantistici intercontinentali basati su satellite, con l'assistenza di un esperimento di comunicazioni laser sul modulo di laboratorio spaziale cinese Tiangong-2 (la stazione spaziale cinese).

Questo è stato un buon modo per dimostrare che il concetto era persino possibile. Tuttavia, questo prototipo deve ancora dimostrare che potrebbe essere realizzato con gli elementi necessari per un'implementazione pratica: piccoli satelliti leggeri, stazioni di 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, in Sudafrica.

Fonte: Stellenbosch University

"Questa dimostrazione di successo della tecnologia satellitare quantistica posiziona saldamente il Sudafrica come un attore significativo nell'ecosistema globale della tecnologia quantistica in rapida evoluzione.

Prof. Francesco Petruccione

Il vantaggio delle comunicazioni satellitari

Il vantaggio principale dell'utilizzo dei satelliti per questo tipo di comunicazione criptata è che non dipende da una rete in fibra ottica preesistente e dedicata.

Ciò consente un'ampia diffusione del sistema, anziché limitarlo a un costoso e limitato sistema nazionale di fibre ottiche.

Un ulteriore vantaggio è che questa impresa tecnologica è stata raggiunta utilizzando solo microsatelliti con un carico utile di soli 23 kg (50 libbre). Per fare un paragone, i satelliti Starlink, piuttosto piccoli, pesano 800 kg (1,760 libbre) ciascuno.

Fonte: Reuters 

Sarebbe quindi molto facile dispiegare una massiccia costellazione di questi dispositivi senza dover ricorrere a numerosi lanci orbitali.

La stazione di terra portatile pesa circa 100 chilogrammi, il che la rende facile da trasportare e da installare ovunque.

Limitazioni delle comunicazioni satellitari

Poiché la comunicazione si basa sui fotoni, è altamente dipendente dalle condizioni meteorologiche. Le giornate nuvolose, 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 e in ogni momento. È comunque un risultato impressionante. E potenzialmente, l'uso di fotoni in altre frequenze meno influenzate dal meteo (come le microonde) potrebbe essere un logico passo successivo da implementare.

Quanto ha funzionato bene?

L'impatto climatico di questa tecnologia è stato uno dei motivi per cui è stata scelta Stellenbosch, con le sue condizioni ambientali ideali di cielo sereno e bassa umidità. In queste condizioni, la condivisione di fino a 1.07 milioni di bit di chiavi sicure è stata raggiunta durante un singolo passaggio satellitare.

La comunicazione era anche bidirezionale, consentendo una comunicazione sicura in tempo reale. Quindi questo è un successo che ha risolto tutte le precedenti limitazioni del prototipo Micius, tra cui il peso del satellite e gli utili scambi in tempo reale della stazione.

Un'altra cosa che il sistema dimostra è che può trasferire la crittografia one-time pad delle immagini. Quindi, anche se in un secondo momento la crittografia quantistica non può essere trasferita, come nel caso del maltempo, una volta trasferita la chiave, i dati potrebbero comunque essere decriptati, nonostante la distanza di 12,900 chilometri.

Applicazioni

Le prime applicazioni riguarderanno probabilmente la sicurezza nazionale e le applicazioni militari, poiché sono i principali fruitori di servizi di crittografia altamente protetti e indistruttibili.

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

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

Si prevede che il mercato della crittografia quantistica crescerà di un sorprendente 38.3% dal 2024 al 2030, passando da 518 milioni di dollari.

Fonte: Grand View Research

Nel complesso, 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 e non i dati effettivi, potrebbe rappresentare un modo efficace per migliorare la sicurezza della crittografia delle telecomunicazioni satellitari.

Il passo successivo sarà anche testare i satelliti geostazionari, poiché ciò migliorerebbe radicalmente la velocità di trasferimento delle chiavi di crittografia.

Avrebbe anche più senso a lungo termine per un sistema commerciale, poiché la latenza ultra-bassa collegata all'orbita terrestre bassa non è così richiesta per la crittografia quantistica.

Società di crittografia quantistica

Architetto Quantum Inc

Arquit è un fornitore di una "piattaforma di crittografia a chiave simmetrica con sicurezza quantistica".

In parole povere, i dispositivi che forniscono una crittografia sicura rispetto ai progressi dell'informatica quantistica stanno progredendo.

I prodotti dell'azienda sono conformi con gli standard NSA, così come molti altri standard di sicurezza informatica e crittografici.

Tra i clienti di Arquit figurano la maggior parte delle più grandi aziende di sicurezza informatica e di 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: Architetto

Questa tecnologia è riconosciuta dal settore come leader nella qualità della crittografia, avendo vinto il National Cyber ​​Awards e il Cyber ​​Security Software Company of the Year Award al Premi per la sicurezza informaticaHa inoltre vinto il premio CTO Outstanding Technology Award per la soluzione 5G sicura al Mobile World Congress.

Nonostante un elenco impressionante di clienti, partner e premi, Arquit è ancora un'azienda molto giovane, con un fatturato di soli 293,000 dollari nel 2024.

Tuttavia, questo non riflette il vero valore dell'azienda, che si aspetta contratti per decine di milioni di dollari da aziende governative e private nel prossimo futuro:

La maggior parte dei contratti consisteva in licenze limitate per la dimostrazione e i test di integrazione del software per accordi a chiave simmetrica di Arqit.

Come annunciato in precedenza, ad Arqit è stato assegnato un contratto di licenza aziendale pluriennale nella regione EMEA per un utente finale governativo che dovrebbe generare un fatturato annuo ricorrente di sette cifre in totale. Il contratto è stato finalizzato prima della fine dell'anno fiscale 2024. Si prevede che la generazione di fatturato inizierà nell'attuale periodo fiscale.

Allo stesso modo, Sparkle ha lanciato nel 2024Suite di prodotti Network as a Service (NaaS) con Quantum-Safe su Internet", utilizzando i prodotti Arquit.

Insieme a una liquidità di 18.7 milioni di dollari alla fine del 2024, i prossimi contratti mettono Arquit in una posizione tale da evolvere presto dal suo status di startup pre-ricavi, giustificando la sua valutazione a 9 cifre.

Ultime notizie su Arqit Quantum Inc.

Riferimento di studio:

^{1. Li, Y., Cai, WQ., Ren, JG. et al. Distribuzione di chiavi quantistiche in tempo reale basata su microsatellite. Nature (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-08739-z}