Un importante sviluppo per la diffusione delle reti quantistiche è stato realizzato da ricercatori dell'Università di York, nel Regno Unito, e della Technical University of Denmark a Lyngby, che lo illustrano in un articolo a prima firma Stefano Pirandola pubblicato su "Nature Photonics".

La sicurezza delle comunicazioni è un problema sempre più sentito; per evitare che i messaggi vengano letti da occhi indiscreti, è possibile criptarli, ma anche questa procedura ha un punto debole: la distribuzione delle chiavi di decifrazione del messaggio criptato. Se infatti la chiave viene intercettata, il messaggio sarà decifrabile a prescindere dalla forza del sistema crittografico usato.

La soluzione ideale sarebbe offerta dalle reti quantistiche, che per inviare la chiave di cifratura sfruttano le proprietà quantomeccaniche dei singoli fotoni, e in particolare il principio di indeterminazione di Heisenberg.

Questa legge della meccanica quantistica dice che l'atto stesso di osservare una particella elementare ne altera alcune proprietà, fra cui l'eventuale stato di polarizzazione di un fotone, ovvero la direzione di oscillazione del campo elettromagnetico nello spazio, usato come vettore di un bit d'informazione (o più propriamente un qubit, o bit di informazione quantistica).

Grazie a questo principio, se il ricevente vede che lo stato di polarizzazione dei fotoni usati per trasmettere la chiave è alterato, sa che sono stati intercettati, e che quindi la chiave non è sicura e che il suo interlocutore deve fargli avere una nuova chiave prima di inviare i messaggi criptati. Se invece lo stato dei fotoni è inalterato, la trasmissione dei messaggi potrà avvenire in sicurezza.

Tuttavia, i dispositivi che producono e leggono i singoli fotoni con cui è codificata la chiave quantistica sono lenti, e il segnale quantistico si degrada se prima di arrivare a destinazione deve passare per un innumerevoli nodi di smistamento come avviene nelle normali linee di comunicazione. Queste difficoltà hanno finora impedito la diffusione dei sistemi di distribuzione quantistica delle chiavi, che attualmente sono usati da un numero ristretto di utenti, per lo più grandi società multinazionali, che usano reti dedicate per l'invio delle chiavi quantistiche.

Il nuovo protocollo di comunicazione messo a punto da Pirandola e colleghi riesce a superare questo limite, aumentando di tre ordini di grandezza la velocità di trasmissione delle chiavi e garantendo l'arrivo di un segnale perfettamente utilizzabile a una distanza di 25 chilometri, anche nelle condizioni tipiche di un sistema di instradamento del messaggio a molti nodi.