Tendenze scientifiche: Come contraffare le banconote quantistiche

Le tecnologie quantistiche sono senza dubbio in voga al momento nelle comunità scientifica e tecnologica. Man mano che la teoria diventa realtà, queste interessanti tecnologie promettono di trasformare nei prossimi decenni le nostre società.

La tecnologia di domani

Come si fa notare nel numero di questa settimana del giornale “The Economist”: “Una cuffia da bagno in grado di osservare singoli neuroni, permettendo ad altri di monitorare la mente di chi la indossa. Un sensore in grado di individuare sottomarini nucleari nascosti. Un computer che può scoprire nuovi farmaci, rivoluzionare lo scambio di titoli e progettare nuovi materiali. Una rete globale di legami di comunicazione la cui sicurezza è sottoscritta da leggi fisiche inviolabili. Queste e molte altre sono le promesse della tecnologia quantistica.”

Anche l’UE segue la corrente quantistica, con finanziamenti di circa 550 milioni di euro attraverso Orizzonte 2020 per assicurare che l’Europa mantenga il suo ruolo come una delle centrali globali per la ricerca quantistica (per saperne di più sulle attività dell’UE in questo campo, vedi CORDIS Result Pack sulle tecnologie quantistiche.

Inoltre, come per tutte le tecnologie in fase di sviluppo, gli scienziati non solo dovranno promuovere quello che funziona, ma anche trovare soluzioni per i punti deboli. Un’equipe di scienziati polacchi e cechi ha fatto proprio questo sviluppando quello che doveva essere, in teoria, una “moneta quantistica” ultrasicura, per trovare immediatamente dopo un grave difetto che la mette a rischio di falsificazione. La ricerca è stata pubblicata sulla rivista “npj Quantum Information”.

Falsificare l’infalsificabile

In condizioni ideali, la valuta quantistica è impossibile da contraffare. Ma grazie al disordine della realtà, un falsario che abbia accesso ad attrezzature sofisticate potrebbe aggirare questa sicurezza quantistica se le banche non prendessero le precauzioni adeguate. Del concetto di moneta quantistica si parla dagli anni settanta, fu proposto per la prima volta dall’allora studente della Columbia University, Stephen Wiesner, ma questa è la prima volta che qualcuno ha creato e contraffatto contanti quantistici.

Invece di banconote di carta o plastica, le banconote quantistiche progettate dall’equipe erano coniate nella luce. Per trasferire fondi, una serie di fotoni sarebbero trasmessi a una banca usando le polarizzazioni dei fotoni, l’orientamento delle loro onde elettromagnetiche, per codificare le informazioni.

Per illustrare la loro tecnica in modo divertente, i ricercatori hanno trasmesso un’immagine pixellata di una banconota, una vecchia banconota degli scellini austriaci usati prima dell’euro, usando le polarizzazioni dei fotoni per rappresentare sfumature della scala dei grigi. In un sistema reale di moneta quantistica, ogni banconota sarebbe diversa e le polarizzazioni dei fotoni sarebbero distribuite in modo casuale, invece di formare una figura. Le polarizzazioni creerebbero un codice simile a un numero di serie che la banca potrebbe controllare per verificare che i fondi siano legittimi.

Il punto importante è che un criminale che intercettasse i fotoni non potrebbe copiarli in modo preciso perché le informazioni quantistiche non possono essere perfettamente duplicate. “Questo è in effetti il fondamento della sicurezza della moneta quantistica,” dice Karel Lemr, co-autore dello studio della Palacký University Olomouc nella Repubblica ceca.

Il sistema però non sarebbe sicuro quanto potrebbe sembrare a prima vista. Poiché è facile perdere o confondere i singoli fotoni durante la trasmissione, le banche dovrebbero accettare banconote quantistiche parziali, l’equivalente di una banconota cartacea con un angolo strappato. Questo darebbe ai criminali l’opportunità di fare falsificazioni non perfette, ma abbastanza buone da essere accettate dalla banca.

Lemr e i suoi colleghi hanno usato un clonatore ottimale, un dispositivo che realizza la cosa più simile possibile alla duplicazione delle informazioni quantistiche (la tecnologia per creare un vero sistema monetario basato sulle tecnologie quantistiche non esiste ancora fisicamente), per tentare la falsificazione. Il team ha dimostrato che una banca accetterebbe una banconota contraffatta se lo standard di precisione non fosse abbastanza alto, più dell’84 % delle polarizzazioni di fotoni ricevute deve corrispondere all’originale.

En Marche!

In precedenza, questa vulnerabilità “non era stata indicata esplicitamente, ma non è una sorpresa,” dice l’esperto di informatica teorica, Thomas Vidick di Caltech, che non era coinvolto nella ricerca. Il risultato, dice, indica che le banche devono adottare standard abbastanza severi per dimostrare che le banconote che ricevono sono vere.

Quindi, anche se questo esperimento mette in luce le grandi potenzialità delle tecnologie quantistiche, fa emergere anche importanti problemi di sicurezza che devono ancora essere risolti. Queste difficoltà non riguardano solo la moneta quantistica, ma anche molti degli altri prodotti rivoluzionari promessi dall''impiego della meccanica quantistica.

Tuttavia, come riassume “The Economist”, le difficoltà che ancora rimangono sono principalmente di natura ingegneristica, piuttosto che scientifica, e la cosa più interessante della tecnologia quantistica è il suo potenziale ancora intatto.