A parlarci di crittografia quantistica e raccontarci dove questa ha già trovato uno sbocco commerciale, abbiamo Giuseppe Vallone, professore di informatica quantistica presso l'Università di Padova e CTO di Thinkquantum, una startup italiana che fornisce prodotti e servizi per la crittografia quantistica. Parliamo anche con Tommaso Occhipinti, co-fondatore e Presidente di QTI, altra azienda italiana leader nel settore delle tecnologie quantistiche e partecipata di TIM e TESLY.
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Cristiano Matricardi [00:00:04] La comunicazione è stata sempre essenziale nell'evoluzione umana. Prima della scrittura avevamo la comunicazione orale e quella visiva, come le pitture rupestri che erano fondamentali. Facendo un salto millenario, guardiamo la stampa di Gutenberg come ha rivoluzionato la diffusione delle conoscenze. Mentre oggi Internet e i social media collegano il mondo. La comunicazione è quel collante che ha permesso il successo strategico dell'umanità, dalla sopravvivenza all'architettura e alla scienza. Ed è anche per questo che cerchiamo in tutti i modi e sempre in maniera diversa, di rendere più efficienti le comunicazioni, ma anche di sviluppare sistemi sempre nuovi per proteggerle. Ricollegandosi al secondo episodio di questa serie, ricorderemo come il professor Fabio Sciarrino ci spiegava le potenzialità della fisica quantistica oltre i quantum computer e che oggi lo approfondiremo perché uno degli utilizzi più avanzati, sia tecnologicamente che commercialmente, è quello legato alla comunicazione quantistica e alla crittografia. Ma di cosa stiamo parlando concretamente? Quando parliamo di crittografia parliamo della scienza e l'arte di proteggere i dati da frodi e intrusioni sono come quei messaggi travisati con delle piccole regole inventate che da ragazzini si utilizzava per non far capire quello che stavi dicendo. Ed è qui che si trova una delle prime e più promettenti applicazioni delle tecnologie quantistiche. Infatti, tecnologie come la Quantum Key Distribution, ovvero la distribuzione quantistica di chiavi crittografiche, sfruttano i principi della meccanica quantistica come l'entanglement o il principio di indeterminazione che abbiamo visto nella prima puntata, per creare sistemi di crittografia che renderebbero impossibile origliare un messaggio digitale senza essere scoperto. Gli sviluppi in questo campo hanno delle potenzialità enormi e soprattutto molto vicine ad utilizzi commerciali. Però aprono altrettante domande, come ad esempio quali sono le infrastrutture necessarie per sviluppare un network quantistico o a che punto siamo con l'implementazione di sistemi di crittografia quantistica? Ecco che in Italia abbiamo un esempio d'eccellenza appena inaugurato e ne parleremo nella puntata di oggi per capire come, quando e quale vantaggio porterà avere queste tecnologie a disposizione nella nostra quotidianità.
Oggi iniziamo da Napoli. A gennaio 2024 è stata inaugurata una rete multimodale di comunicazione quantistica. Questa rete, ha il proposito di essere il punto di riferimento per le imprese e gli istituti di ricerca che vorranno sperimentare nuove combinazioni di tecnologie quantistiche con i sistemi di trasmissione dei dati, di cybersecurity e di dispositivi quantistici avanzati. Oggi qui ospiteremo due aziende italiane leader nel settore delle comunicazioni quantistiche. La prima è in thinkquantum la seconda è un'azienda partecipata da TELSY, che a sua volta è una società del gruppo TIM, che ha sviluppato un sistema nella rete multimodale di Napoli che permette di connettere e di far parlare i vari dispositivi di crittografia quantistica, permettendo anche una interoperabilità tra diversi fornitori. Ok, forse stiamo correndo un po troppo, quindi rallentiamo un attimo e capiamo che cos'è la differenza che fa la differenza tra crittografia classica e crittografia quantistica. Per rispondere a questa domanda ho chiamato Giuseppe Vallone, professore di informatica quantistica presso l'Università di Padova, esperto di crittografia quantistica e CTO di ThinkQuantum, una start up che poco fa vi ho menzionato che si occupa di fornire soluzioni per la crittografia quantistica.
Giuseppe Vallone [00:04:30] Quando parliamo di crittografia quantistica. In realtà nella maggior parte dei casi parliamo di quel che si chiama la distribuzione quantistica di chiave, cioè che cosa vuol dire? Vuol dire che utilizzando stati entangled oppure utilizzando la trasmissione da un punto a un punto B di singoli fotoni, l'idea che io posso trasferire una chiave casuale e segreta questi queste chiavi saranno quelle che io utilizzerò poi per fare la cifratura. Il modo più semplice per farlo è sommare la chiave al messaggio. E questo crea un messaggio completamente casuale che nessuno al mondo sará in grado di decifrare se non ha in possesso la stessa chiave.
Cristiano Matricardi [00:05:07] Essenzialmente, si tratta delle basi della crittografia, creo una chiave per poi criptare un messaggio. E come quando da ragazzini si inventavano delle regole per nascondere un testo, ad esempio sostituendo una precisa vocale con un'altra consonante per poi prendere il messaggio criptato, inviarlo al ricevente che conosce la chiave e quindi che sarà in grado di decriptare e leggere il testo originale. Così funziona la crittografia quantistica. Però, cos'è che rende così sicure le chiavi quantistiche che vengono poi distribuite tra i vari utenti?
Giuseppe Vallone [00:05:47] Se io su un fotone e scrivo dei bit di informazione, poi questo fotone lo mando da una parte all'altra. Se c'è qualcuno che sta cercando di leggere questa informazione altera lo stato del fotone, ma questa è una caratteristica unica dei sistemi quantistici, cioè che l'osservazione di un sistema quantistico me ne altera il contenuto. Sono sicure proprio per la fisica quantistica che ho utilizzato per creare le chiavi
Cristiano Matricardi [00:06:09] Quello che ci dice Giuseppe. Vale a dire che se io ho una crittografia classica posso immaginare di avere una chiave dentro una scatola classica e se riesco ad aprire questa scatola prendere la chiave, posso aprire il mio messaggio. Nella crittografia quantistica la chiave si autodistrugge appena la scatola viene aperta. Quindi non solo chi vuole mettere le mani sulle chiavi non può, ma io che ho inviato il messaggio, me ne accorgo immediatamente perché la chiave che io avevo inviato non è più la stessa. Nell'introduzione ho detto che Giuseppe è anche il CTO di ThinkQuantum che produce servizi e prodotti di Quantum Key Distribution, ovvero la distribuzione di chiavi quantistiche. In che ambiti si sta lavorando ora ThinkQuantum e quali sono le prospettive per il futuro?
Giuseppe Vallone [00:07:06] Come Thinkquant in questo momento siamo sia parte del progetto euroQCI italiano che si chiama QUID (Quantum Italy Deployment). I nostri dispositivi sono già installati oggi nel link tra Padova e Mestre delle Autostrade venete e appunto abbiamo installato anche nella rete di Napoli.
Cristiano Matricardi [00:07:29] La crittografia quantistica, quindi, è già presente in diverse parti delle nostre comunicazioni. Questo però lo approfondiremo tra poco con Tommaso Occhipinti di QTI. Però in questo momento stiamo cercando di andare oltre e Giuseppe ci fa capire dove ThinkQuantum e l'Università di Padova stanno guardando.
Giuseppe Vallone [00:07:51] È una tecnologia matura ma giovane. Vuol dire che ad oggi, per esempio, il costo degli apparati è ancora abbastanza importante quindi solo diciamo così, grosse aziende sono in grado di sostenere i costi. Allo stesso tempo, uno dei limiti presenti in questa tecnologia è quella della distanza, cioè io non riesco. Con i dispositivi attuali di fatto non riesco a creare chiare per distanze superiori a 100/150 chilometri. La sfida per tutti gli operatori e tutti i costruttori di satelliti perché quella di ridurre il limite delle centinaia di 100 chilometri di distanza attraverso appunto una rete satellitare perché esattamente come è stato fatto caso di comunicazioni classiche anche attraverso una rete satellitare è possibile estendere questo range di distanza a distanza di fatto planetaria utilizzando proprio i satelliti. Quindi grazie anche alla l'esperienza più che ventennale dell'Università di Padova nell'ambito delle comunicazioni quantistiche spaziali satellitari di Quantum, è proprio uno dei partner leader per la realizzazione di un trasmettitore quantistico da piazzare su satellite.
Cristiano Matricardi [00:08:59] Facciamo un recap Abbiamo capito cos'è la fotografia quantistica, abbiamo capito come funziona e perché è così sicura. Abbiamo visto come essa, in quanto marche, è una start up che lavora con queste tecnologie. Ha già installato dei prodotti che danno un servizio di crittografia quantistica. Il prossimo ospite è Tommaso Occhipinti, co-founder e CEO di QTI, come introducevo all'inizio, è un'azienda italiana partecipata da TESLY che a sua volta è del gruppo TIM, che ti fornisce servizi e applicazioni per la crittografia quantistica e rappresenta quella parte di innovazione che a volte rimane un po nell'ombra, ma che è essenziale per il nostro futuro. QTI è una delle aziende di centrale importanza, insieme ad altre, come per esempio abbiamo visto nella prima parte della puntata ThinkQuantum, che ha aiutato a sviluppare la rete multimodale di comunicazione quantistica di Napoli. Quindi chiederemo a Tommaso Occhipinti oggi come è composto un network quantistico e come dobbiamo immaginarcelo a livello pratico.
Tommaso Occhipinti [00:10:06] Innanzitutto considera che è composto da apparecchiature di rete che vengono installate nelle location dei clienti. Noi creiamo queste chiavi con delle attrezzature che riescono a creare singoli fotoni e a spedirli all'interno di fibre ottiche e poi ricevere questi singoli fotoni. Quindi è qualcosa di abbastanza complicato diciamo. E però diciamo agli occhi di una persona è un dato che un oggetto che potrebbe ricordare un server.
Cristiano Matricardi [00:10:38] Immaginiamoci un network di comunicazione a vari livelli il livello più basso è il livello di produzione delle chiavi, ma poi con queste chiavi per farci qualcosa bisogna distribuirle.
Tommaso Occhipinti [00:10:54] Queste chiavi poi devono essere passate agli strati superiori, ai livelli, di utilizzazione. E per utilizzare queste chiavi servono dei cosiddetti gestori di chiavi che in inglese è key Management entity. Quindi di nuovo ci sono degli apparati che parlano con le macchine di Quantum Chi distribution a basso livello di cui ho parlato prima per prendere le chiavi e poi le gestiscono e le danno agli utilizzatori. Nella rete metropolitana di Napoli è stato fatto tutto questo. Tutto quello che ti ho spiegato adesso è stato implementato.
Cristiano Matricardi [00:11:34] Abbiamo aggiunto un altro livello. Abbiamo creato le chiavi e ora le andiamo a distribuire attraverso i key Management entity. Comunque, in un'ottica più ampia QTI ha creato una gestione delle chiavi che può essere utilizzata anche da altri produttori di chiavi crittografiche, come ad esempio abbiamo visto, ThinkQuantum nella prima parte di questo episodio, aumentando così la possibilità di capillarizzazione di un network che utilizza la crittografia quantistica per rendere sicuri i nostri dati.
Tommaso Occhipinti [00:12:07] In particolare noi l'abbiamo installate in un braccio di questa rete che collega il Media Competence Center verso il CNR, Istituto Nazionale di Ottica di Pozzuoli. Se vuoi, uno degli utilizzatori di questa rete è proprio l'Istituto Nazionale di Ottica di Pozzuoli. Bene, i chiarimenti sulle intenzioni di chi utilizza sono utilizzati non solo in quel tratto di cui ti ho appena parlato, ma in tutta la rete in tutta la rete di mediac, dimostrando l'interoperabilità perché parlavamo anche con altri vendor di sistemi simili.
Cristiano Matricardi [00:12:45] Tommaso ha citato l'Istituto Nazionale di ottica come l'utente finale. Ad ogni modo, le vere potenzialità di questa tecnologia valicano i confini della ricerca. Capiamo bene dove questa tecnologia potrebbe essere applicata realmente e dove quindi potremmo realisticamente in un futuro trarne vantaggio.
Tommaso Occhipinti [00:13:05] Il settore finanziario, tutto ciò che è collegato al trasferimento di danaro tra filiali, tra banche e banche, tra banche nazionali e altre banche nazionali o che li sappiamo esserci necessità di assoluta segretezza della comunicazione. Ecco che lì la QKD è veramente un game changer. Io uso questo tempo che è a mia disposizione per raccontarti anche una storia. Sono stato proprio su questo tema del settore finanziario recentissimamente negli Stati Uniti a New York. C'è stato un workshop sulle tematiche della quantum che distribuisce applicata al settore finanziario e lì si è evidenziato la necessità assoluta dell'utilizzo della QKD. E non ero io se vuoi lato produttore a dire questa frase ma lo dicevano proprio gli enti finanziari e le banche e anche le grandi società di consulenza.
Cristiano Matricardi [00:14:09] Vi ricorderete bene dalla scorsa puntata come Davide Corbelletto di Intesa Sanpaolo ci ha spiegato come il calcolo quantistico sta rivoluzionando il mondo della finanza. Oggi con Tommaso abbiamo aggiunto un tassello. Infatti abbiamo capito come le tecnologie quantistiche possono rivoluzionare anche la trasmissione e la condivisione ultra sicura di dati tra istituti finanziari. Eppure, possiamo aspettarcelo, non è solo in finanza la possibile applicazione e infatti altre use case sono alle porte.
Tommaso Occhipinti [00:14:42] Per continuare la lista degli utilizzatori. Il settore sanitario, il settore sanitario, gli ospedali hanno problema di salvare i dati dei pazienti e li devono conservare per tanto tempo, anche 30 anni, quindi è fondamentale essere robusti. Il cosiddetto store now and decrypt later. Di nuovo la QKD ti risolve questo problema.
Cristiano Matricardi [00:15:04] Oltre alla sicurezza dello scambio di dati tra data center, banche, istituti governativi, istituti finanziari, ospedali, abbiamo anche la necessità di proteggere alcune infrastrutture critiche. Ascoltiamo quindi il professor Giuseppe Vallone che ci porta degli esempi concreti.
Giuseppe Vallone [00:15:23] Pensiamo a una centrale nucleare. Tante volte non è importante che l'informazione che si scambia sia segreta, ma importante che l'informazione sia autenticata. Che cosa vuol dire? Cioè che se io devo dare un comando ad una centrale nucleare dall'esterno la cosa importante è che questo comando sia esattamente quello giusto, perché accendere o spegnere un reattore è molto importante e chi lancia il comando sia la persona autorizzata a farlo.
Cristiano Matricardi [00:16:00] Capiamo che la crittografia quantistica una tecnologia complicata e che comunque ha un prezzo e un suo costo. Quindi le aziende e le istituzioni che implementeranno sistemi di crittografia quantistica sono quelle che realmente necessitano un altissimo grado di sicurezza nelle comunicazioni.
Giuseppe Vallone [00:16:22] Io dico sempre questo e nei prossimi anni vedo difficile in qualche modo che anche quella privatistica proteggerà, diciamo così la nostra il nostro film su Netflix mentre la variante nel senso che la capillarità e uguale però per alcune parti alcune applicazioni alcuni particolari dati estremamente importanti estremamente sensibili. La fotografia quantistica è la soluzione definitiva perché garantisce la sicurezza più elevata e assoluta.
Cristiano Matricardi [00:16:55] Parlando con Giuseppe e Tommaso rispettivamente di ThinkQuantum e QTI abbiamo capito cosa significa concretamente aver sviluppato una rete di comunicazione di crittografia quantistica. La Rete di Napoli è stata inaugurata a gennaio scorso con il supporto del coordinamento del Ministero delle Imprese e del Made in Italy attraverso il Media Competence Center e ha visto la partecipazione dell'Università degli Studi di Napoli Federico II, Il CNR INO le aziende team Leonardo ThinkQuantum, Cisco ed Exprivia. Ora, avvicinandosi alla fine di questo episodio, mi piacerebbe allargare gli orizzonti e capire come questo progetto si inserisce in un quadro più grande a livello sia nazionale che europeo. Tommaso Occhipinti di QTI ci aiuta quindi a disegnare un quadro più completo e chiaro di quella che è la situazione attuale.
Tommaso Occhipinti [00:18:00] La Rete di Napoli si collega all'Italia in quanto backbone che collegherà da Nord a sud c'è tutta l'Italia, quindi ci sarà un nodo a Pozzuoli di questa Italia quanto backbone e guarda caso l'Italia quanto backbone è all'interno di quel grande progetto che ti è stato citato da Calarco precedentemente che è L´EuroQCI questo meraviglioso progetto di copertura attraverso cui QKD di tutta di tutta l'Europa.
Cristiano Matricardi [00:18:33] Quindi Tommaso l'esempio di Napoli sembra segnare solamente l'inizio di uno sviluppo e di un disegno molto più grande. Cosa ci possiamo aspettare quindi diciamo nel futuro prossimo.
Tommaso Occhipinti [00:18:44] Ci sarà un'estensione dei vari bracci della Manna napoletana verso altri utilizzatori sempre nella zona diciamo non nella città di Napoli ma in una zona un po più allargata di essa e credo che ci sarà un'accelerazione in questo senso perché nel momento in cui fai vedere che le cose funzionano e che sono reali poi gli utilizzatori i famosi utilizzatori di cui parlavamo prima magari erano un po restii a collegarsi e adesso che lo vedono e si interessano.
Cristiano Matricardi [00:19:18] Questo podcast si chiama qubit, ovvero l'unità fondamentale del computer quantistico. Eppure abbiamo capito che oltre ai computer quantistici esistono altre tecnologie. La più vicina ad un impatto su larga scala è la crittografia quantistica. Oggi abbiamo capito come funziona. Dove risiede la sua vera potenzialità e perché è così sicura. Abbiamo sentito come la collaborazione tra istituzioni pubbliche e private hanno reso possibile la creazione di infrastrutture concrete ed esemplari, come la Rete multimodale di Napoli, che stabilisce un check point di altissimo livello dal quale si può solo migliorare. Come sempre in questo campo occorre però avere i piedi ben piantati a terra, ma lo sguardo verso qualcosa di più grande, come ad esempio la rete di comunicazione quantistica che interconnette tutti gli stati europei e che è stata prevista ed immaginata con il progetto EuroQCI. Progetti, questi, che sono necessari, se non indispensabili, per permettere alla nostra società di avanzare creando una nuova generazione di infrastrutture europee a prova di futuro.
Qub.it è un podcast originale di Nature Italy, Scrittura e cura editoriale Cristiano Matricardi e Nicola Nosengo; Postproduzione e montaggio Cristiano Matricardi.
