Attività di divulgazione/laboratoriale: "Messaggi Fotonici e come cifrarli", Genova, Festival della Scienza 20 ottobre-1 novembre 2022

L'esperienza proposta sarà sviluppata in due parti. Nella prima una sorgente laser di bassa potenza sarà inviata, attraverso specchi e lenti, in una fibra ottica, permettendo quindi la sua trasmissione a lunga distanza. Un fotodiodo fungerà da rivelatore per la luce trasmessa. In questo modo i partecipanti potranno familiarizzare con i concetti di riflessione, rifrazione e focalizzazione della luce alla base del funzionamento delle fibre ottiche. Nella seconda parte verranno codificati e decodificati messaggi tramite l'alfabeto Morse, e simulata la trasmissione d'informazione tramite crittografia quantistica. Un polarizzatore permetterà di codificare impulsi di luce in diversi stati. Esso sarà letto da un apposito rivelatore. Una "quantum box" disposta fra chi trasmette e chi riceve introdurrà il carattere aleatorio della misura quantistica. Associando convenzionalmente i valori 0 e 1 ai due stati di polarizzazione della luce, sarà possibile trasmettere numeri binari e semplici caratteri. Questa esperienza sarà proposta in forma ludica, chiedendo cioè ai partecipanti di sfidarsi a trasmettere e ricevere semplici messaggi codificati. Di contorno all'esperienza centrale, semplici oggetti dimostrativi saranno usati per mostrare i principi di ottica alla base del funzionamento dei sistemi sopra discussi: la rifrazione e la polarizzazione. Quest'ultima proprietà fondamentale della luce, meno familiare di altre, può essere messa in evidenza con facili esperienze usando occhiali polaroid, cristalli naturali o anche semplici fogli di plastica. Attraverso poster ed altri supporti grafici verranno illustrati in modo semplice i fenomeni ottici in-contrati nell'attività. Un codice QR-code rimanderà poi ad approfondimenti video legati agli argomenti dell'esperienza: misura quantistica, crittografia classica e quantistica, trasmissione di luce tramite fibra ottica.

Prodotto di divulgazione/outreach Partecipazione all'edizione 2022 del festival della Scienza di Genova La lingua segreta dei computer è il sistema binario: ogni parola o immagine che viaggia su Internet, nei circuiti di un PC o di uno smartphone è rappresentato da una sequenza di 0 e 1, ovvero di bit, che costituiscono la quantità elementare di informazione. Il modo più rapido di trasportare queste immense quantità di bit è codificarli in brevissimi impulsi luminosi e trasmetterli lungo fibre ottiche. L'informazione trasmessa collega così fra loro utenti in ogni parte del mondo viaggiando alla velocità massima possibile. Le proprietà quantistiche della luce offrono inoltre anche la possibilità di rendere assolutamente sicura, cioè non intercettabile, la comunicazione. Questo avviene nel caso estremo in cui ogni singolo fotone, ovvero la particella elementare che costituisce il quanto di luce, è usato come un bit associando i valori 0 e 1 a due possibili stati quantistici in cui possiamo trovarlo, si parla allora di "qubit". Questo modo di codificare e trasmettere l'informazione è alla base dell'assoluta sicurezza della crittografia quantistica, che deriva dalla proprietà fondamentale per cui ogni processo di misura su un oggetto quantistico ne modifica lo stato. Di conseguenza, in una trasmissione fra due soggetti, l'intervento di un terzo soggetto intenzionato a spiare la comunicazione non può passare inosservato, in quanto ogni tentativo di leggere un singolo qubit lascia una traccia immediatamente osservabile da chi trasmette e/o riceve.