Un nuovo protocollo proposto per aumentare la privacy nelle reti di sensori quantistici

15 febbraio 2025

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di Ingrid Fadelli, Phys.org

Dispositivi che sfruttano gli effetti della meccanica quantistica, ampiamente noti come tecnologie quantistiche, potrebbero aiutare ad affrontare alcuni problemi del mondo reale in modo più rapido ed efficiente. Negli ultimi anni, fisici e ingegneri hanno introdotto diverse tecnologie quantistiche promettenti, tra cui i cosiddetti sensori quantistici.

Le reti di sensori quantistici potrebbero teoricamente essere utilizzate per misurare parametri specifici con una precisione notevole. Queste reti sfruttano un fenomeno quantistico noto come intrigo quantistico, che implica una connessione duratura tra particelle, consentendo loro di condividere istantaneamente informazioni tra loro, anche a distanza.

Anche se le reti di sensori quantistici (QSN) potrebbero avere diverse applicazioni vantaggiose nel mondo reale, la loro efficace implementazione dipende anche dalla capacità di garantire che le informazioni condivise tra i sensori rimangano private e non siano accessibili a terzi malintenzionati.

In un documento pubblicato su Physical Review Letters, i ricercatori dell'Università di Sorbona presentano un nuovo protocollo che potrebbe contribuire a migliorare la privacy delle informazioni condivise tra i sensori quantistici in rete.

'I sensori in rete rappresentano una promettente area di ricerca all'interno del campo più ampio del rilevamento quantistico,' ha detto Majid Hasani, primo autore del documento, a Phys.org. 'Dato il presenza inevitabile di avversari malintenzionati che intercettano i canali quantistici per ottenere informazioni, abbiamo proposto di ideare un protocollo privato in cui si possano stimare parametri sconosciuti senza alcuna fuga di informazioni.'

Il nuovo protocollo ideato da Hasani e i suoi colleghi si basa su uno strumento matematico consolidato noto come matrice di informazione Fisher quantistica (QFIM). Questa matrice quantifica essenzialmente la precisione delle stime dei parametri associati ai dispositivi o processi di misurazione quantistici.

'La QFIM è una quantità ben conosciuta nel campo della metrologia e del rilevamento quantistico, che quantifica la quantità massima di informazioni estraibili sui parametri noti su tutte le misurazioni possibili e stabilisce un limite inferiore sulla precisione della stima,' ha spiegato Hasani.

'Le proprietà matematiche di questa matrice, come la relazione di continuità tra le sue voci, ci hanno permesso di elaborare un protocollo privato.'

Fondamentalmente, il protocollo proposto da Hasani e dai suoi colleghi prevede la manipolazione dell QFIM per identificare lo stato quantistico in una rete di sensori quantistici che massimizza la privacy. Nel loro documento hanno anche introdotto l'idea di quasi-privacy (𝜀-privacy), che è una misura di quanto un determinato stato quantistico si avvicini all'assicurare 'la perfetta privacy.'

Per illustrare il potenziale del loro protocollo, i ricercatori hanno fornito un esempio di come potrebbe essere applicato a una rete di sensori quantistici. Nell'esempio delineato, la rete di sensori quantistici ha stimato specificamente la media di parametri sconosciuti e il team ha mostrato come il loro protocollo potrebbe aumentare la privacy.

'Il metodo presentato fornisce un modo sistematico per costruire un protocollo con informazioni estraibili regolabili dalla rete,' ha detto Hasani. 'Questa regolabilità ci consente di controllare la fugio di informazioni e quindi proteggere le nostre informazioni da avversari malintenzionati.'

Fino ad ora, il protocollo di privacy appena proposto è stato solo dimostrato teoricamente, ma Hasani e i suoi colleghi sperano presto di implementarlo e testarlo in un contesto sperimentale. In futuro, i loro sforzi potrebbero contribuire alla realizzazione di un rilevamento e comunicazione quantistici sicuri.

Prossimamente implementare il protocollo sperimentalmente,' ha aggiunto Hasani. 'Questo progetto in corso con i nostri collaboratori sarà cruciale per lo sviluppo dei sensori quantistici nella vita reale.'

Maggiori informazioni: Majid Hassani et al, Privacy in Networks of Quantum Sensors, Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/PhysRevLett.134.030802. Su arXiv: DOI: 10.48550/arxiv.2408.01711

Informazioni sulla rivista: Physical Review Letters, arXiv

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