The Signal
Un team di Stoccarda sperimenta per 19 ore la distribuzione quantistica di chiavi con quantum dot sulla fibra del campus
Un team della University of Stuttgart riferisce di aver realizzato una distribuzione quantistica di chiavi basata sull’entanglement su 1,59 km di fibra già posata nel campus. Il test di 19 ore ha prodotto 14,2 megabit di chiave sicura usand
Quantum.world Team · Scritto con l’IA · verificato ·
Una sorgente a quantum dot ha contribuito a generare 14,2 megabit di chiave sicura durante un test di distribuzione quantistica di chiavi durato 19 ore sulla fibra installata alla University of Stuttgart. Il preprint del team, inviato ad arXiv il 27 ottobre, descrive un collegamento di 1,59 chilometri attraverso il campus di Vaihingen dell’università, basato su fotoni entangled e sul protocollo BBM92.
Il risultato combina una sorgente a semiconduttore che emette coppie di fotoni entangled con un convertitore di frequenza che sposta uno dei fotoni nella banda delle telecomunicazioni per trasmetterlo su fibra standard. I ricercatori riferiscono un tasso medio di generazione della chiave sicura di 206 bit al secondo e hanno usato la chiave elaborata per cifrare e decifrare un’immagine a colori con un cifrario monouso.
Da una sorgente a 780 nanometri alla fibra per telecomunicazioni
L’esperimento parte da un quantum dot di arseniuro di gallio ottenuto mediante incisione di goccioline, che emette coppie di fotoni entangled nella polarizzazione a lunghezze d’onda vicine a 780 nanometri. Il quantum dot opera con una frequenza di eccitazione di 1 gigahertz. Un modulo di conversione di frequenza porta uno dei fotoni di ciascuna coppia a 1.515 nanometri, preservando l’entanglement nella polarizzazione; l’articolo riporta un’efficienza di conversione fino al 50%.
Il fotone convertito percorre il collegamento installato fino a una seconda sede del campus. Le due stazioni distano circa 700 metri in linea d’aria, mentre il percorso della fibra si estende per 1,59 chilometri e presenta una perdita totale dichiarata di 1,09 decibel. Le apparecchiature di Alice sono rimaste in laboratorio; l’apparato di misurazione e i rivelatori di Bob erano collocati in un rack standard da 19 pollici in un ufficio.
«Il QBER mostra una buona stabilità per l’intera durata della misurazione, a dimostrazione dell’elevata stabilità dell’apparato installato», scrivono Michal Vyvlecka et al. della University of Stuttgart e di istituzioni collaboratrici. Il QBER, o tasso di errore dei bit quantistici, misura la frazione di bit discordanti prima della correzione degli errori.
La stabilità si è basata sul controllo attivo e sulla post-elaborazione
La polarizzazione nella fibra può variare al cambiare delle condizioni ambientali: il sistema ha quindi monitorato il collegamento e, quando necessario, ha usato lamine ottiche motorizzate per compensare le variazioni. I ricercatori hanno riscontrato che durante il test le variazioni erano modeste e le hanno controllate una volta all’ora. Hanno inoltre distribuito tra le due sedi un riferimento ottico di frequenza, ottenendo un’incertezza temporale inferiore a 25 picosecondi, e hanno usato la rete locale dell’università per la comunicazione classica.
Il team riferisce un QBER medio del 4,7% nelle 19 ore di funzionamento. In un’ottimizzazione separata, una finestra di coincidenza di 275 picosecondi ha prodotto un tasso massimo calcolato di generazione della chiave sicura di 204 bit al secondo, con un QBER del 4,71%. Questo valore, relativo a una specifica impostazione, è diverso dalla media di 206 bit al secondo riportata per l’intera prova.
Attraverso la correzione degli errori e l’amplificazione della privacy, i ricercatori hanno trasformato oltre 34,5 megabit di chiave grezza in 14,2 megabit di chiave sicura, con un’efficienza complessiva di mantenimento del 40,87%. L’articolo descrive il calcolo e l’elaborazione della chiave sicura, compresi blocchi di correzione degli errori da 5.000 bit. La dimostrazione con l’immagine mostra il risultato pratico di questa elaborazione: la decifratura con la chiave sicura ha eliminato gli errori di protocollo visibili quando si usa la chiave grezza.
Una sperimentazione nel campus, non una rete a lunga distanza
La dimostrazione mette alla prova un importante collegamento tecnico tra le sorgenti a quantum dot e la fibra per telecomunicazioni esistente, ma ha un ambito preciso: un breve percorso nel campus, con la sorgente in un laboratorio controllato e la stazione ricevente in un ufficio. Il lavoro non dimostra il funzionamento su distanze interurbane né presenta un servizio pronto per l’uso commerciale. Il suo contributo è il funzionamento prolungato, sulla fibra installata, di un apparato basato sull’entanglement che usa fotoni di quantum dot convertiti in frequenza.
L’articolo è un preprint, non una pubblicazione su una rivista sottoposta a revisione tra pari. Gli autori indicano sorgenti di fotoni entangled di maggiore luminosità come possibile strada per ottenere tassi di generazione della chiave più elevati e collegamenti installati più lunghi. In questo esperimento, il risultato misurato è più circoscritto e concreto: 19 ore di funzionamento, 1,59 chilometri di fibra e 14,2 megabit di chiave sicura elaborata.