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QKD più veloce e la sicurezza corre per 1000 km

La distribuzione di chiavi quantistiche raggiunge i 1.000 km e progredisce in velocità. Questo risultato è stato ottenuto in Cina ma apre nuovi scenari globali nella comunicazione quantistica sicura e in quella interurbana ad alta velocità

Pubblicato il 19 Lug 2023

Immagine di ArtemisDiana su Shutterstock

Un team di scienziati cinesi ha battuto un record mondiale per la QKD (Quantum Key Distribution) non-relay. In un esperimento ben architettato, è riuscito a realizzare una distribuzione quantistica punto-punto a lunga distanza su una distanza di 1.002 km. Un risultato ottenuto grazie anche a un potente lavoro di squadra, viste le realtà coinvolte: l’Università della Scienza e della Tecnologia della Cina (USTC), l’Accademia Cinese delle Scienze (CAS) e l’Università Tsinghua, l’Istituto di Tecnologia Quantistica di Jinan e l’Istituto di Microsistemi e Tecnologie dell’Informazione di Shanghai (SIMIT) del CAS.

Questa vittoria sulla distanza rappresenta un considerevole passo avanti nel campo della comunicazione quantistica interurbana ad alta velocità, tanto che è stata pubblicata su Physical Review Letters.

Vincere i limiti del QKD: canali e rumore

La tecnologia QKD è oggi diventata uno strumento più che mai importante perché, pescando dalla meccanica quantistica, consente una distribuzione sicura delle chiavi tra due parti remote. Quando la si associa al metodo di crittografia “one-time pad”, riesce ad assicurare uno dei più elevati livelli di sicurezza per ora raggiungibili nel campo delle comunicazioni riservate.

Questa soluzione finora non ha spopolato, però, perché presenta forti limiti, a partire dalla perdita di canale e dal rumore del sistema. È per superare entrambi che i ricercatori si sono rimboccati le maniche, realizzando un esperimento dedicato. Hanno avuto successo e hanno dimostrato come sia possibile migliorare la relazione tra la velocità della chiave e la trasmittanza per la QKD a doppio campo (TF-QKD) che utilizza il protocollo sending-or-not-sending (SNS).

Questo step permette di raggiungere una distanza sicura molto più lunga rispetto ai protocolli QKD tradizionali. Per ora, quella di 1002 km.

L’alta velocità della comunicazione

Per ottenere questo risultato, il team di ricerca ha collaborato con la Yangtze Optical Fiber and Cable Joint Stock Limited Company (YOFC) e ha utilizzato una fibra a bassissima perdita basata sulla tecnologia del nucleo di silice pura, che ha raggiunto un’attenuazione massima di 0,16 dB/km.

Per le criticità relative al rumore, ha implementato filtri multipli a temperature di 40 K e 2,2 K così da sopprimere i conteggi scuri causati dalla radiazione termica. Con lo stesso scopo ha anche sviluppato uno schema di stima della fase a doppia banda, per evitare il rumore spontaneo della diffusione Raman, riducendo il rumore del sistema a meno di 0,01 Hz.

Sono tutti accorgimenti che hanno permesso di ottenere il TF-QKD su una distanza record di 1.002 km, con una velocità di trasmissione di 0,0034 bps. Un traguardo sulle lunghe distanze, quindi, ma anche sulle elevate velocità di trasmissione che rende la scoperta molto interessante in diversi scenari pratici. Si guarda prima di tutto alla comunicazione quantistica sicura ma anche alla realizzazione di reti di comunicazione quantistica interurbana ad alta velocità.

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