Distribuzione quantistica di chiavi multimodale a variabili continue con integrazione fotonico-elettronica compatibile con CMOS

Abstract degli autori

Il multiplexing e l’integrazione fotonico-elettronica offrono una strada verso reti di distribuzione quantistica di chiavi (QKD) scalabili e ad alta capacità, grazie alla trasmissione parallela e a un hardware compatto adatto alla produzione su larga scala. Per percorrerla servono trasmettitori e ricevitori multicanale, oltre a un’analisi di sicurezza che tenga conto dell’accoppiamento tra modi. Presentiamo un’architettura QKD multimodale a variabili continue, basata sull’integrazione fotonico-elettronica compatibile con CMOS e sull’uso del multiplexing di polarizzazione come esempio a due modi. Chip trasmettitori e ricevitori fotonici al silicio preparano e rilevano in parallelo due modi di polarizzazione. Il ricevitore è integrato con un amplificatore a transimpedenza CMOS a 28 nm a due canali, che offre in entrambi i canali un margine rispetto al rumore shot superiore a 20 dB. Il recupero digitale unitario assistito da segnali pilota elimina la necessità di controllare attivamente la polarizzazione per via ottica, mentre un’analisi di sicurezza multimodale tiene conto della diafonia tra i modi. Con una diafonia residua del 2 per cento, l’analisi multimodale estende la distanza sicura simulata da 39 a 84 km, vicino al limite di 89 km in assenza di diafonia. Su 10 km di fibra installata, la stima del tasso medio totale di generazione di chiavi segrete a dimensione finita è di 6,69 Mbit/s, il 12 per cento in più rispetto all’analisi monomodale condotta sugli stessi dati recuperati digitalmente. Questi risultati tracciano una strada verso reti multimodali protette dalla crittografia quantistica, basate su una tecnologia adatta alla produzione di massa.