Migliorare la tolleranza alle perdite degli stati GHZ fotonici annunciati per l’accordo su chiavi di conferenza indipendente dal dispositivo a lunga distanza

Abstract degli autori

La distribuzione di entanglement multipartito annunciato è un requisito fondamentale per l’accordo su chiavi di conferenza indipendente dal dispositivo (DI-CKA) su reti quantistiche con perdite. Sebbene siano localmente equivalenti in assenza di perdite, diverse codifiche a singolo binario del numero di fotoni per gli stati di Greenberger--Horne--Zeilinger (GHZ) reagiscono in modo diverso alla perdita di fotoni. In questo lavoro analizziamo le efficienze critiche di rilevazione per ottenere violazioni di parità--CHSH senza loophole di rilevazione con stati GHZ nella base computazionale — una sovrapposizione coerente del vuoto e di una componente a $n$ fotoni — e con stati GHZ a numero di fotoni fisso, ricavando condizioni analitiche esatte per entrambi. Mostriamo che, per gli stati che non sono simmetrici rispetto alle permutazioni, come questi ultimi, l’assegnazione dei ruoli di misura ai modi fisici influisce sulla tolleranza alle perdite. Introduciamo un protocollo a rete stellare che impiega sorgenti eterogenee per annunciare direttamente stati GHZ vuoto-$n$ fotoni tolleranti alle perdite, mantenendo al contempo il favorevole andamento di scala a lunga distanza $O(η_{\text{c}}^{n/2})$, dove $η_{\text{c}}$ è la trasmittanza del canale. Per quattro utenti, caratterizziamo lo stato annunciato in presenza di perdite di fotoni e mostriamo che parametri regolabili delle sorgenti consentono all’entanglement multipartito genuino di persistere a qualsiasi distanza finita del canale. Con misure ideali basate sulle matrici di Pauli e su spostamenti, il nostro protocollo raggiunge tassi positivi di generazione di chiavi DI-CKA a efficienze di rilevazione inferiori rispetto agli schemi precedenti, mantenendo al contempo tassi e distanze di comunicazione comparabili o superiori ad alta efficienza. Nel complesso, il nostro lavoro migliora la tolleranza alle perdite degli stati GHZ fotonici annunciati per il DI-CKA, sia annunciando direttamente una codifica più tollerante alle perdite, sia ottimizzando gli schemi esistenti. Questi risultati individuano nella codifica del numero di fotoni, nell’architettura delle sorgenti e nell’assegnazione dei ruoli di misura parametri fondamentali per progettare reti quantistiche multipartite resilienti alle perdite, offrendo una via pratica verso il DI-CKA nel breve termine.