Compromessi temporali nell’entanglement ad alta dimensionalità: un modello completo del rumore per protocolli QKD ottimali con codifica a time-bin

Abstract degli autori

L’entanglement time-bin ad alta dimensionalità è noto per il suo grande potenziale nelle applicazioni di distribuzione quantistica delle chiavi (QKD): è facile da implementare, robusto e potrebbe offrire tassi di generazione della chiave superiori rispetto ai semplici protocolli basati su qubit. La codifica temporale, combinata con la risoluzione limitata dell’orologio, comporta tuttavia un compromesso: è meglio inviare più fotoni codificati in dimensioni inferiori o pochi fotoni ad alta dimensionalità? Rispondere a questa domanda è una sfida complessa, poiché dipende dall’intero contesto del protocollo, compresi i tassi di produzione, le perdite, i conteggi di buio, il jitter temporale e molti altri fattori. Rispondiamo a questa domanda per interferometri singoli basati su Franson, considerando come principali parametri di merito il tasso asintotico di generazione della chiave e l’entanglement condiviso. Presentiamo un modello flessibile del rumore che incorpora tutti i parametri rilevanti e troviamo che esistono effettivamente regimi in cui la codifica ad alta dimensionalità supera ancora qualsiasi versione basata su qubit, quando il tasso di arrivo delle coppie è limitato, per esempio a causa delle perdite o della potenza limitata della pompa.