Comunicazioni Quantistiche: un viaggio tra presente e futuro

Le comunicazioni quantistiche rappresentano oggi l’evoluzione più significativa nel panorama della cybersecurity contemporanea, segnando un punto di svolta epocale dove i tradizionali paradigmi di protezione basati sulla complessità computazionale stanno cedendo il passo a una nuova era fondata sui principi della fisica quantistica.

Durante la 13ª Cyber Crime Conference Davide Bacco, Professore Associato presso l’Università di Firenze, ha approfondito il tema con l’intervento “L’evoluzione delle reti quantistiche: dal presente al futuro”.

Nella duplice veste di accademico e imprenditore (è infatti co-fondatore di QTI – Quantum Telecommunications, società spin-off del CNR recentemente acquisita all’80% dal gruppo TIM attraverso la sua controllata Telsy), Bacco ha offerto una prospettiva illuminante su come la fisica quantistica stia trasformando radicalmente il concetto stesso di sicurezza delle comunicazioni.

Guarda la registrazione vide dell’intervento di Davide Bacco alla Cyber Crime Conference 2025:

Le vulnerabilità nascoste dei sistemi crittografici tradizionali

La presentazione ha saputo tradurre concetti estremamente complessi in una narrazione accessibile, guidando l’uditorio attraverso le fondamenta teoriche della crittografia fino alle sue più recenti implementazioni pratiche.

Come spiegato dal professore, la crittografia – etimologicamente derivante dalle parole greche “kryptos” (nascosto) e “graphein” (scrivere) – rappresenta l’arte millenaria di proteggere le informazioni da occhi indiscreti.

Bacco ha chiarito il concetto mediante la classica metafora di “Alice e Bob”, i due interlocutori che desiderano comunicare in modo sicuro senza essere intercettati da Eve, l’eterna antagonista: come esemplificato dal relatore, a tale scopo il mittente convertirà il messaggio in testo cifrato e, in seguito, solo il destinatario potrà decifrarlo con la sua chiave privata.

Nel mondo digitale contemporaneo, la sicurezza delle comunicazioni si fonda principalmente su sistemi di crittografia a chiave pubblica, tra cui il celebre algoritmo RSA. Questi sistemi si basano su ciò che Bacco ha definito “sicurezza computazionale”, ovvero la difficoltà pratica di risolvere determinati problemi matematici con le risorse di calcolo attualmente disponibili.

«Se vi do due numeri (ad esempio 12 e 13) e vi chiedo di moltiplicarli, otterrete facilmente il numero 156», ha spiegato; «ma se vi do il 156 e vi chiedo quali numeri ho utilizzato per ottenerlo, ci metterete un po’ ad arrivare a questa soluzione».

Tale asimmetria – in cui alla facilità di eseguire un’operazione in una direzione si contrappone l’estrema difficoltà di invertirla – costituisce la base su cui si regge l’intero edificio della cybersecurity moderna.

Tuttavia l’orizzonte tecnologico sta cambiando rapidamente e, con esso, i paradigmi della sicurezza computazionale. L’avvento dei computer quantistici minaccia di scardinare queste fondamenta, potendo potenzialmente risolvere in tempi ragionevoli problemi matematici che anche ai computer classici più potenti richiederebbero miliardi di anni.

Per illustrare questa imminente rivoluzione, Bacco ha utilizzato una metafora illuminante. «Abbiamo un labirinto e stiamo utilizzando un computer classico. Come lo affronteremo? In maniera abbastanza semplice: proviamo una strada, se è sbagliata ne proviamo un’altra e continuiamo in questo modo. Prima o poi, statisticamente, finiremo per trovare la strada giusta».

Nella dimensione quantistica, la situazione cambia radicalmente. «Nel mondo quantum ciò avviene in modo del tutto diverso. Immaginiamo lo stesso labirinto avendo, però, una particella quantistica in ingresso al labirinto: quello che succede è che c’è un effetto chiamato sovrapposizione, cioè la mia particella è in grado di esplorare allo stesso tempo tutte le varie “strade” e, quindi, di arrivare alla soluzione in un tempo molto più breve».

Le risposte alla minaccia quantistica

Di fronte a questa sfida epocale, la comunità scientifica e tecnologica si è mossa lungo due direttrici principali: da un lato lo sviluppo di protocolli post-quantum, progettati per resistere agli attacchi dei computer quantistici pur utilizzando hardware classico, dall’altro la creazione di sistemi di distribuzione di chiavi basati sui principi della fisica.

È in questo secondo ambito che si colloca la Quantum Key Distribution (QKD), tecnologia su cui Bacco e il suo team hanno concentrato i propri sforzi.

La QKD rappresenta un autentico cambio di paradigma, poiché non si basa sulla complessità computazionale di problemi matematici ma sfrutta le leggi fondamentali della meccanica quantistica per garantire la sicurezza delle comunicazioni.«La differenza è che qui ho due canali di comunicazione: uno quantistico e uno classico», ha spiegato Bacco. Mentre le comunicazioni viaggiano sul canale tradizionale, «il canale quantistico lo sfrutto per spedire singole particelle di luce (fotoni) che hanno delle proprietà quantistiche: se qualcuno cerca di manipolare informazioni codificate nello stato quantistico, “Alice e Bob” se ne accorgono e quindi sono in grado di capire se qualcuno ha manipolato la comunicazione».

Questa peculiarità deriva dal principio di indeterminazione di Heisenberg, facendo sì che qualsiasi tentativo di misurare un sistema quantistico ne alteri lo stato lasciando tracce indelebili dell’intrusione; lo si potrebbe definire un meccanismo “naturale” di rilevamento delle intrusioni, quasi un sistema di allarme incorporato nelle leggi fisiche dell’universo.

L’implementazione globale della crittografia quantistica: una tecnologia che attraversa i continenti

Uno degli aspetti più sorprendenti dell’intervento è stata la rivelazione che questa tecnologia sia già ampiamente implementata in diverse parti del mondo. Contrariamente alla comune percezione che la collocherebbe in un orizzonte futuristico, la crittografia quantistica sta già dimostrando la sua efficacia in applicazioni reali e strategiche.

«In Cina ci sono già delle reti distribuite, installate tra Shanghai e Pechino, basate su comunicazioni quantistiche» ha rivelato Bacco, evidenziando come la potenza asiatica stia investendo massicciamente in questo settore.

A livello europeo, «a Londra c’è una rete di tre nodi in collaborazione fra Toshiba e BT; a Madrid ci sono reti in fase di sviluppo; e un paper scientifico uscito un paio di settimane fa dimostra una rete quantistica in Germania, fra Bonn e Berlino. ».La rivoluzione quantistica non si limita alle infrastrutture terrestri, estendendosi fino allo spazio celeste, nonché alle profondità subacquee. Come ha raccontato il relatore, «nel 2018 la Cina ha mostrato la capacità di spedire stati quantistici da satellite a terra (poche settimane fa è uscito un lavoro scientifico molto interessante in cui si utilizza un micro-satellite per distribuire chiavi quantistiche) e anche nello spazio sottomarino questa possibilità è già stata dimostrata».

Questa diffusione globale sottolinea non solo la maturità tecnologica raggiunta ma, soprattutto, l’importanza strategica che le potenze mondiali attribuiscono alla sicurezza quantistica nell’ecosistema delle comunicazioni del futuro.

L’eccellenza italiana: un ponte tra innovazione quantistica e infrastrutture esistenti

In questo scenario globale in rapida evoluzione, l’Italia non è rimasta a guardare; attraverso le attività di QTI, ora parte del gruppo TIM, il nostro paese sta infatti giocando un ruolo significativo nello sviluppo e nell’implementazione di soluzioni di crittografia quantistica.

L’approccio adottato da Bacco e dal suo team si distingue per la sua pragmaticità e visione d’insieme. Invece di proporre una sostituzione radicale delle infrastrutture esistenti – strada che sarebbe economicamente insostenibile e logisticamente irrealizzabile nel breve periodo – QTI ha sviluppato una strategia di integrazione che consente alla tecnologia quantistica di coesistere e amplificare la sicurezza delle reti tradizionali.«Non andiamo a toccare nulla per quanto riguarda la parte superiore della rete» ha spiegato Bacco. «La differenza è che aggiungiamo, a livello più basso, un layer quantistico formato sia da dispositivi in grado di scambiarsi le chiavi tramite tecnologia QKD, sia da dispositivi basati su crittografia post-quantum».

Questa visione ibrida è particolarmente rilevante considerando gli attuali vincoli infrastrutturali: «per comunicare, la crittografia quantistica necessita di un canale ottico (ad esempio una fibra ottica), di cui possiamo ben immaginare come non tutti gli utenti in Italia siano dotati».

La combinazione di tecnologie QKD e protocolli post-quantum rappresenta, quindi, la risposta più realistica ed equilibrata alle sfide della transizione verso un paradigma di sicurezza quantistica generalizzato.

Dalla teoria alla pratica: dimostrazioni sul campo dell’efficacia quantistica

Il valore di una tecnologia è dato non solo dalla sua eleganza teorica ma, soprattutto, dalla sua capacità di rispondere a esigenze concrete. In questo senso, Bacco ha presentato una serie di implementazioni reali che testimoniano la maturità e la versatilità della crittografia quantistica.Un primo esempio significativo risale al 2021, durante il G20 a Trieste: come ha raccontato il professore, «abbiamo dimostrato la prima rete fra tre paesi europei (Croazia, Italia e Slovenia) utilizzando questo tipo di tecnologia, implementando una videochiamata securizzata dalla QKD». Una dimostrazione che evidenzia la capacità della tecnologia di operare efficacemente in un contesto internazionale, superando confini e infrastrutture diverse.

Di particolare rilevanza strategica è stata anche l’implementazione realizzata in Grecia. «Un altro esempio che abbiamo realizzato poco tempo fa, grazie a un’azienda italiana del gruppo TIM, è stato mettere in sicurezza due data center nell’area metropolitana di Atene, mettendo in comunicazione sicura tutti i dati che passavano per questi due data center».

La protezione dei data center rappresenta uno degli ambiti più critici della cybersecurity contemporanea, considerando l’enorme quantità di dati sensibili che questi custodiscono e la crescente sofisticazione degli attacchi informatici diretti verso queste infrastrutture.

Un ulteriore caso emblematico riguarda il recente G7 ospitato dall’Italia. «Lo scorso anno abbiamo realizzato una connessione ultra-sicura fra il resort di Borgo Egnazia dove erano presenti i vari Primi Ministri e la fiera di Bari; questo link è stato utilizzato per trasmettere informazioni in modo sicuro». In un contesto di tale rilevanza politica internazionale, la scelta di impiegare tecnologia quantistica per garantire la sicurezza delle comunicazioni testimonia la fiducia riposta in questa soluzione ai massimi livelli istituzionali.

L’interoperabilità: chiave dell’ecosistema quantistico futuro

Un aspetto cruciale per l’adozione su larga scala di qualsiasi nuova tecnologia è la sua capacità di integrarsi in ecosistemi eterogenei. Bacco ha sottolineato come QTI stia lavorando attivamente per garantire l’interoperabilità dei propri sistemi con quelli sviluppati da altre aziende operanti nel settore.

Come efficacemente sintetizzato, in questo modo «non è necessario utilizzare lo stesso tipo di tecnologia, ma aziende diverse riescono ad interoperare fino a parlarsi in maniera valida».

Questa filosofia di apertura e cooperazione – anziché di esclusiva competizione – rappresenta un approccio illuminato che potrà accelerare significativamente la diffusione della tecnologia quantistica, a tutto beneficio della sicurezza collettiva.

L’integrazione multilivello: il futuro è già qui

A conclusione del suo intervento, Bacco ha presentato la più recente e impressionante dimostrazione realizzata da QTI alla OFC (Optical Fiber Communication Conference) di San Francisco, considerata la più importante fiera mondiale nel settore delle telecomunicazioni ottiche.

«Abbiamo dimostrato che siamo riusciti, nello stesso istante, a dare chiavi quantistiche a tre diversi layer in contemporanea: significa che le nostre chiavi generate dalla crittografia quantistica venivano utilizzate sia da un cifrante di livello uno a livello fisico, sia da un cifrante di livello tre con un livello IP, ma anche da un’applicazione direttamente collegata ad un computer».

Tale capacità di integrazione multilivello rappresenta un traguardo fondamentale, mostrando come la tecnologia quantistica non sia confinata a specifici strati della rete ma possa permeare l’intera infrastruttura di comunicazione, offrendo protezione dal livello fisico fino alle applicazioni utente.

«Ciò prova che questo tipo di tecnologia può essere integrata all’interno delle nostre reti di telecomunicazioni a diversi tipi di livello. Non è necessario solo securizzare i livelli bassi, ma può essere portata fino al livello applicativo» ha concluso Bacco, aprendo uno squarcio sul futuro prossimo delle comunicazioni sicure.

Presente e futuro delle comunicazioni sicure

L’intervento di Davide Bacco alla Cyber Crime Conference ha tracciato un descrizione completa del panorama attuale e prospettico delle comunicazioni quantistiche, evidenziando come questa tecnologia stia rapidamente transitando dai laboratori di ricerca alle implementazioni pratiche su scala globale.

Ne emerge un’evoluzione armoniosa, piuttosto che una rivoluzione traumatica: un’integrazione progressiva della tecnologia quantistica nel tessuto esistente delle telecomunicazioni, che ne aumenta la sicurezza senza richiederne la sostituzione integrale, probabilmente la strategia più efficace per navigare la complessa transizione verso un’era in cui la meccanica quantistica diventerà il fondamento della sicurezza digitale.

In un mondo sempre più interconnesso e vulnerabile a minacce informatiche sofisticate, il contributo della ricerca e dell’innovazione appare fondamentale per garantire che le nostre comunicazioni più sensibili rimangano protette anche nell’era dei computer quantistici. La crittografia quantistica non è più solo una promessa teorica o una visione futuristica: è una realtà concreta che sta già ridisegnando i confini della sicurezza digitale, con l’Italia che gioca un ruolo da protagonista in questa rivoluzione silenziosa ma inarrestabile.