Home News Festa di Scienza e Filosofia 2013 Anita Eusebi. L’informazione e i quantum bit

Anita Eusebi. L’informazione e i quantum bit

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“Credi veramente che la luna non sia lì
quando non la stai guardando?”
(A. Einstein)
di Anita Eusebi

 

img1L’elaborazione del concetto di informazione, quanto mai vasto e differenziato, ha compiuto negli anni un itinerario filosofico-concettuale complesso e multidisciplinare, fino ad arrivare ai nostri giorni e alle attuali teorie e applicazioni relative alla trasmissione di dati e alla sua ottimizzazione. In tale contesto ha assunto un ruolo storico fondamentale l’articolo Communication Theory of Secrecy Systems di C. E. Shannon del 1949 in cui viene affrontato in particolare il problema della comunicazione segreta che da sempre ha accompagnato la storia dell’umanità: accanto al bisogno di trasmettere informazione vi è inevitabilmente infatti, in determinate situazioni, la necessità che ciò avvenga in segreto.

Nella Crittologia, scienza della comunicazione sicura, si distinguono due branche complementari: la Crittografia e la Crittoanalisi. La prima è l’arte di creare codici e cifrari per far sì che informazioni riservate fra due utenti, tradizionalmente img2chiamati Alice (non quella del Paese delle Meraviglie) e Bob, qualora dovessero finire in mani sbagliate non siano comprensibili. Viceversa, la seconda è l’arte di infrangere il sistema crittografico, e dunque impossessarsi in modo disonesto del messaggio privato (da parte di un terzo personaggio noto come Eve). Un risultato di notevole importanza al riguardo è quello contenuto nell’articolo di Shannon, ossia la dimostrazione della sicurezza matematica, e dunque dell’inviolabilità, del cifrario di Vernam del 1917, altrimenti noto come One Time Pad (OTP). Questo richiedeva che gli interlocutori condividessero una chiave segreta sufficientemente lunga. Ma restava però allora da risolvere il problema della trasmissione al legittimo destinatario della chiave per decifrare il messaggio.

Tale problema è stato affrontato nel corso del tempo nei modi più disparati (e disperati), andando dalle idee e dalle procedure ancora piuttosto semplici e acerbe della Crittografia Classica alle nuove prospettive offerte dalla Crittografia a Chiave Pubblica, fino ad arrivare alla rivoluzione apportata nei recenti anni ’80 dalla Crittografia Quantistica. Più propriamente nota con il nome di Quantum Key Distribution (QKD), si tratta di un processo fisico basato sulle leggi della Meccanica Quantistica che risolve brillantemente il problema della distribuzione della chiave: permette di generare e scambiare chiavi segrete in modo assolutamente sicuro, dunque chiaramente preferibile a qualsivoglia sistema crittografico classico, sia esso di tipo simmetrico o asimmetrico. Compreso l’RSA, il crittosistema a chiave pubblica per antonomasia, proposto da R. Rivest, A. Shamir e L. Adleman nel 1978 e ampiamente in uso ancora oggi. A differenza di questi ultimi sistemi crittografici, la cui sicurezza è in termini di complessità computazionale e dunque potrebbe venir meno con il progresso tecnologico, la QKD combinata con l’algoritmo classico OTP per la cifratura del messaggio dà luogo a un sistema crittografico che garantisce sicurezza assoluta e incondizionata.

img3La peculiarità della QKD? Le regole del gioco sono, appunto, quelle della Meccanica Quantistica. Ma di queste non vi svelo niente… Vi aspetto alla conferenza “Alice e Bob nel mondo dei quanti” che si terrà il 4 maggio presso l’Auditorium Santa Caterina alle ore 9:30 e le scopriremo insieme. Vi anticipo solo che la comprensione di queste regole può essere non immediata, e nella fortunata ipotesi che uno le capisca, accettarle è poi lo scoglio ulteriore. Ma non fatevi spaventare: lo stesso Albert Einstein a suo tempo ha storto il naso davanti alla Fisica Quantistica dicendo di non voler credere assolutamente che Dio giocasse a dadi col mondo. Sono davvero truccati i dadi quantistici? La Crittografia Quantistica, che è uno dei tanti “giochi” possibili nel mondo dell’infinitamente piccolo, ci darà delle risposte interessanti.

img4Anche il celebre gatto di Schrödinger (da non confondere con quello del Cheshire) dicono fosse abbastanza perplesso al riguardo. I paradossi stravaganti del mondo quantistico, pur se molto affascinanti, pare abbiano messo in serio pericolo la sua stessa vita. Ma con una certa probabilità potrebbe essere ancora vivo…

Eppure, le stesse paradossali stranezze hanno permesso, in seguito a una curiosa idea di S. Wiesner nel 1970, l’elaborazione nel 1984 del primo protocollo crittografico quantistico che realizza in modo probabilistico la QKD: il BB84, proposto da C. Bennett e G. Brassard. Questo resta ancora oggi, a distanza di trent’anni, il più importante.

Da allora si è poi verificata un’esplosione di ricerche teoriche in questa direzione tale da segnare la nascita di una vera e propria nuova disciplina: la Teoria dell’Informazione Quantistica, ambito nel quale la Teoria dell’Informazione sposa felicemente la Meccanica Quantistica. E sul palcoscenico un nuovo protagonista, il quantum bit (o qubit) che rappresenta la controparte quantistica del bit, ossia dell’unità di informazione classicamente intesa. Innumerevoli le varianti del BB84 e molto interessanti le recenti strategie di carattere deterministico.

Information is physical”, affermava Landauer. In un prossimo futuro sarà vero più che mai.

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