Distribuzione robusta di chiavi quantistiche in presenza di imperfezioni nella preparazione e nella caratterizzazione degli stati

Abstract degli autori

La distribuzione di chiavi quantistiche (QKD) offre un approccio per comunicare in modo sicuro attraverso canali quantistici, basato sui principi della meccanica quantistica. Tuttavia, le inevitabili imperfezioni nei sistemi QKD possono introdurre vulnerabilità critiche, ponendo sfide significative alla loro implementazione sia in termini di sicurezza pratica sia di prestazioni. In questo lavoro presentiamo un’analisi completa della sicurezza della QKD in scenari pratici che comportano imperfezioni negli spazi di modulazione. In particolare, la nostra analisi si concentra sulle imperfezioni legate alla codifica, alla modulazione dell’intensità e alla loro caratterizzazione. Proponiamo un quadro unificato basato sul metodo della dominanza degli operatori per superare questi problemi e ottenere una stima precisa del tasso di chiave segreta (SKR). I risultati delle simulazioni mostrano che, negli scenari pratici, lo SKR con parametri caratterizzati a partire da sistemi QKD commerciali è molto simile a quello in condizioni ideali. Nel caso finito, la distanza massima di trasmissione può arrivare fino a 250 km con un numero totale di impulsi pari a $N=10^{12}$; con $N=10^{14}$, lo SKR si avvicina molto al limite asintotico fino a 250 km. Ciò convalida la robustezza del nostro metodo rispetto alle imperfezioni nella preparazione e nella caratterizzazione degli stati. Inoltre, è stata dimostrata la fattibilità e la robustezza del metodo anche nella QKD indipendente dai dispositivi di misura (MDI). La nostra analisi non solo favorisce i progressi nel miglioramento della sicurezza pratica e delle prestazioni, ma evidenzia anche la fattibilità dell’impiego della QKD in applicazioni reali.