Trasmissione crittografata quantistica su fibra ottica per oltre 500 chilometri.

Gli scienziati cinesi hanno raggiunto una distanza di trasmissione quantica crittografata QKD (Quantum Key Exchange) senza precedenti, di 509 chilometri su fibra ottica e senza ripetitore.

Il QKD è un metodo di comunicazione sicuro che implementa un protocollo crittografico usando le proprietà della meccanica quantistica. Consente a due parti di produrre una chiave segreta casuale condivisa, che solo loro conoscono, che può quindi essere utilizzata per crittografare e decrittografare i messaggi.

Il test, descritto in Physical Review Letters, ha utilizzato il protocollo di doppio campio di invio o non invio (SNS-TF), che ha dimostrato di essere una strategia molto promettente per raggiungere tassi elevati su lunghe distanze nelle applicazioni di distribuzione di chiavi quantistiche (QKD).

Secondo i ricercatori Jian-Wei Pan, Qiang Zhang, Xiang-Bin Wang e altri dell’Università della Scienza e della Tecnologia della Cina e dell’Università Tsinghua, tollerando grandi errori di disallineamento, questo protocollo può superare il limite senza un ripetitore in modo più efficace, il che è un fattore cruciale nell’esecuzione del QKD a lunga distanza.

“Uno degli obiettivi importanti del nostro studio è stato quello di rompere con successo il limite di frequenza chiave assoluto di QKD senza un ripetitore, con qualsiasi dispositivo di misurazione”, ha detto Qiang Zhang a Phys.org.

Nel loro recente lavoro, Zhang e i suoi colleghi hanno implementato il protocollo QKD SNS-TF causando interferenze di primo livello a un singolo fotone tra due laser indipendenti. Questi due laser indipendenti sono stati combinati con una tecnica di blocco della frequenza remota, che alla fine ha permesso la trasmissione QKD su distanze incomparabili. Nei loro esperimenti, i ricercatori hanno anche usato rilevatori di superconduttori a singolo fotone con alti tassi di conteggio ed efficienza di rilevamento.

“Adottiamo la tecnologia tipicamente impiegata nella ricerca sulla diffusione della frequenza temporale e blocciamo la frequenza di due laser indipendenti in una cavità laser ultra-stretta”, ha affermato Zhang. “Quindi, abbiamo multiplexato nel tempo una forte luce laser come riferimento di fase con il segnale quantico in una fibra. La forte luce ha indotto molti conteggi di rumore, ma abbiamo sfruttato molti metodi di filtraggio per evitarlo”.

Utilizzando il loro approccio SNS-TF, i ricercatori hanno raggiunto una velocità chiave sicura a 509 km, oltre sette volte superiore rispetto al QKD collegato senza ripetitore relativo e con la stessa perdita di rilevamento. Sorprendentemente, la velocità chiave raggiunta è anche superiore a quella raggiunta dai protocolli QKD più tradizionali che funzionano su un dispositivo QKD senza un ripetitore perfetto.

Nel loro recente studio, i ricercatori hanno raccolto nuove prove che confermano il potenziale del protocollo QKD SNS-TF e hanno mostrato come questo schema possa essere combinato con strumenti tecnologici per ottenere tassi chiave elevati e sicuri su lunghe distanze di distribuzione.

Sostengono che il loro lavoro potrebbe presto consentire l’implementazione su larga scala del QKD con tassi chiave relativamente elevati a 200-300 km, che potrebbero essere particolarmente utili per lo sviluppo delle reti QKD all’interno di una città. In effetti, l’applicazione della sua tecnologia alle linee principali del QKD potrebbe aiutare a ridurre i relè affidabili, ottenendo un QKD più efficiente.