Attraverso un investimento strategico di oltre 7 milioni di euro, il progetto QuRE trasforma l’eccellenza scientifica in un asset industriale concreto, puntando a integrare processori quantistici e interfacce atomiche direttamente nelle infrastrutture in fibra ottica nazionali. La sinergia tra TIM, CNR e Università di Firenze segna il passaggio verso una rete quantistica scalabile e sicura, capace di superare i limiti dei tradizionali nodi intermedi e proiettare l’Italia verso la leadership nelle comunicazioni digitali di nuova generazione.
Ha preso ufficialmente il via “Quantum Repeaters (QuRE)”, un’iniziativa nata dalla collaborazione strategica tra il Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR) e TIM, con il supporto scientifico dell’Università di Firenze. Il progetto è finanziato nell’ambito del programma nazionale FISA (Fondo Italiano per le Scienze Applicate), promosso dal Ministero dell’Università e della Ricerca (MUR).
L’obiettivo primario è rivoluzionare la sicurezza nelle comunicazioni quantistiche. Ad oggi, la trasmissione di chiavi quantistiche su lunghe distanze è limitata dalla perdita di segnale nelle fibre ottiche, che costringe all’uso di “trusted nodes” (nodi intermedi che devono essere fisicamente sicuri). QuRE punta a eliminare questa vulnerabilità.
Tecnologia di frontiera: Atomi e Processori Quantistici
Il cuore dell’innovazione risiede nello sviluppo di ripetitori quantistici capaci di gestire l’entanglement su scala geografica.
“Con questo progetto supereremo i limiti delle attuali architetture delle reti quantistiche, realizzando ripetitori capaci di garantire la trasmissione sicura dei dati su lunghe distanze senza ricorrere ai tradizionali trusted nodes”, ha dichiarato Francesco Saverio Cataliotti, Professore dell’Università di Firenze e Coordinatore del Progetto.
Fondamentale sarà l’integrazione di:
- Piccoli processori quantistici per la gestione dei segnali.
- Interfacce innovative basate su atomi e rivelatori di fotoni.
- Integrazione seamless nelle infrastrutture di fibra ottica già posate sul territorio.
Un investimento strategico per la sovranità digitale
Il progetto QuRE è sostenuto con oltre 7 milioni di euro dal MUR e da TIM attraverso QTI (Quantum Telecommunications Italy). QTI è l’azienda leader nelle tecnologie quantistiche controllata da Telsy, la cybersecurity factory di TIM Enterprise.
Alessandra Michelini, Amministratrice Delegata di Telsy, ha sottolineato l’importanza industriale dell’iniziativa: “In Telsy siamo impegnati a guidare l’innovazione della cybersecurity. QuRE rappresenta un progetto di frontiera per la realizzazione di reti quantistiche realmente sicure e scalabili. Attraverso le competenze di QTI valorizziamo la ricerca d’eccellenza traducendola in soluzioni concrete”.
Leadership Italiana nelle Tecnologie Quantistiche
La riuscita di QuRE non avrà solo ricadute tecniche, ma rafforzerà il posizionamento dell’Italia nello scacchiere europeo della difesa dei dati. Come concluso da Stefano Fabris, Direttore del Dipartimento di Scienze Fisiche e Tecnologie dei Materiali del CNR: “La sinergia tra partner industriali, centri di ricerca e mondo accademico rappresenta il paradigma dell’innovazione. Con QuRE contribuiamo a ridisegnare il panorama della sicurezza digitale e a rafforzare la leadership italiana nel settore”.
Quantum Repeaters: perché non possiamo usare gli amplificatori classici?
Nelle telecomunicazioni tradizionali, il segnale luminoso che viaggia in fibra ottica si attenua col passare dei chilometri. Per rimediare, si usano gli amplificatori ottici, che leggono il segnale, lo potenziano e lo rinviano.
Nelle comunicazioni quantistiche, questo è teoricamente impossibile a causa del Teorema di No-Cloning (No-Cloning Theorem). Questo principio stabilisce che non è possibile creare una copia identica di uno stato quantistico sconosciuto senza distruggerlo. Se provassimo ad “amplificare” un fotone quantistico, distruggeremmo l’informazione (o l’entanglement) che trasporta.
L’architettura del Quantum Repeater: come funziona?
Un ripetitore quantistico non “amplifica” il segnale, ma lo “estende” attraverso un processo diviso in tre fasi chiave: la divisione in segmenti, la memoria quantistica e l’Entanglement Swapping.
- Segmentazione del canale
Invece di provare a inviare un fotone direttamente da un punto A a un punto B (distanti, ad esempio, 500 km), il percorso viene diviso in segmenti più brevi (es. 50 km). In ogni segmento si creano coppie di fotoni entangled (intrecciati).
- Quantum Memory (la sfida del timing)
L’entanglement è un fenomeno fragile. Poiché la creazione di una coppia entangled è un processo probabilistico, è raro che avvenga contemporaneamente in tutti i segmenti. Qui entra in gioco la Memoria Quantistica: una volta che un segmento ha generato il suo legame quantistico, deve poterlo “congelare” (memorizzare) in attesa che anche il segmento adiacente sia pronto. Il progetto QuRE si focalizza proprio su memorie basate su sistemi atomici per garantire tempi di coerenza sufficienti.
- Entanglement Swapping (il “ponte” quantistico)
Questa è la fase magica. Immaginiamo tre nodi: A, B (il ripetitore) e C.
- Viene creato entanglement tra A e B.
- Viene creato entanglement tra B e C.
- Il ripetitore B effettua una misura speciale sui suoi due fotoni, chiamata Bell State Measurement (BSM).
Questa operazione “distrugge” l’entanglement tra A-B e B-C, ma per effetto della meccanica quantistica, A e C risultano ora direttamente entangled, pur non essendosi mai scambiati un fotone. Ripetendo questo processo su molti nodi, si può estendere il legame a distanze teoricamente infinite.
Trusted Nodes vs Quantum Repeaters
Fino ad oggi, per coprire lunghe distanze (come la dorsale italiana di oltre 1.000 km), si sono usati i Trusted Nodes. In questo schema, la chiave quantistica viene decifrata e ricifrata in ogni nodo intermedio.
- Limite: Bisogna fidarsi ciecamente della sicurezza fisica di ogni singola stazione intermedia. Se un nodo viene compromesso, l’intera catena cade.
- Vantaggio del Repeater: Con il ripetitore quantistico, il legame tra l’utente iniziale e quello finale è end-to-end. Il ripetitore non ha mai accesso alla “chiave” finale; serve solo come ponte fisico. La sicurezza è garantita dalle leggi della fisica, non dalla blindatura della stanza.
Le sfide tecnologiche attuali
Perché non sono ancora ovunque? Perché realizzare un ripetitore quantistico richiede:
- Efficienza di conversione: Trasferire l’informazione dal fotone (che viaggia) all’atomo (che memorizza) con perdite minime.
- Rilevatori a singolo fotone: Sensori capaci di “vedere” un singolo fotone con rumore di fondo quasi nullo (spesso operanti a temperature criogeniche).
- Sincronizzazione estrema: Orchestrare l’Entanglement Swapping tra nodi distanti con una precisione temporale nell’ordine dei picosecondi.
Il progetto QuRE di TIM, CNR e Università di Firenze è uno dei pochi al mondo che prova a portare questi concetti dal laboratorio “puro” a una configurazione industriale, utilizzando le fibre ottiche già posate sotto le nostre strade.
 e CNR accelerano sui Quantum Repeater (QuRE) per l'Internet del futuro.){kind=link}