Il protocollo SNS-TF (send-or-not-sending twin-field) si è finora dimostrato una strategia molto promettente per ottenere velocità elevate su lunghe distanze nelle applicazioni di distribuzione delle chiavi quantistiche (QKD). Infatti, tollerando grandi errori di disallineamento, questo protocollo può superare il limite senza ripetitori in modi più efficaci, che è un fattore cruciale nella realizzazione di QKD a lunga distanza.

Jian Wei Pan, Qiang Zhang, Xiang-Bin Wang e altri ricercatori della University of Science and Technology of China e della Tsinghua University hanno recentemente raggiunto una distanza di trasmissione QKD senza precedenti utilizzando il protocollo SNS-TF. La loro carta, pubblicato in Lettere di revisione fisica , riporta QKD con una distribuzione sicura delle chiavi che rompe il limite senza ripetitore su una fibra ottica lunga 509 km.

"Utilizzando il protocollo twin-field di invio o non invio (SNS-TF), abbiamo realizzato una distribuzione sicura della chiave quantistica (QKD) su 509 km, che è un nuovo record di distanza sicura in QKD su fibra, "Qiang Zhang, uno dei ricercatori che ha condotto lo studio, ha detto a Phys.org. "Uno degli obiettivi importanti del nostro studio è stato quello di superare con successo il limite di velocità chiave assoluta del QKD senza ripetitore, con qualsiasi dispositivo di misurazione."

Il protocollo SNS-TF è stato sviluppato e introdotto in un precedente sforzo di ricerca da alcuni dei ricercatori che hanno scritto il recente articolo. Negli studi precedenti, il protocollo si è rivelato molto vantaggioso per le applicazioni QKD, in particolare per ottenere la trasmissione a lunga distanza.

Nel loro recente lavoro, Zhang e i suoi colleghi hanno implementato il protocollo SNS-TF QKD suscitando un livello di singolo fotone, interferenza di primo ordine tra due laser indipendenti. Questi due laser indipendenti sono stati combinati con una tecnica di blocco della frequenza remota, consentendo infine la trasmissione QKD su distanze senza precedenti. Nei loro esperimenti, i ricercatori hanno anche utilizzato rivelatori superconduttori a singolo fotone con un'elevata velocità di conteggio ed efficienza di rilevamento.

"Abbiamo adottato la tecnologia tipicamente impiegata nella ricerca sulla diffusione della frequenza temporale e bloccato la frequenza di due laser indipendenti in una cavità laser ultra stretta, " disse Zhang. "Allora, abbiamo multiplexato nel tempo una forte luce laser come riferimento di fase con il segnale quantico in una fibra. La forte luce ha indotto molti rumori, ma abbiamo sfruttato molti metodi di filtraggio per evitarlo."

Usando il loro approccio SNS-TF, i ricercatori hanno raggiunto un tasso chiave sicuro a 509 km, oltre sette volte superiore al relativo QKD vincolato senza ripetitore, e con la stessa perdita di rilevamento. Sorprendentemente, il tasso di chiave raggiunto è anche superiore a quello ottenuto dai protocolli QKD più tradizionali in esecuzione su un dispositivo QKD senza ripetitore perfetto.

"Abbiamo fornito sperimentalmente un nuovo record per la distanza di trasmissione del QKD in fibra e abbiamo dimostrato che supera il limite di velocità chiave assoluto del QKD senza ripetitore, " Zhang ha detto. "Nella nostra ricerca futura, abbiamo in programma di esplorare un tasso chiave più elevato e una distanza maggiore."

Nel loro recente studio, i ricercatori hanno raccolto nuove prove che confermano il potenziale del protocollo SNS-TF QKD e hanno mostrato come questo schema può essere combinato con strumenti tecnologici per ottenere tassi di chiave sicuri elevati su lunghe distanze di distribuzione. Il loro lavoro potrebbe presto consentire l'implementazione su larga scala di QKD con tassi chiave relativamente elevati a 200-300 km, che potrebbe essere particolarmente utile per lo sviluppo di reti QKD intra-city. Infatti, l'applicazione della loro tecnologia alle linee principali QKD potrebbe aiutare a ridurre i relè affidabili, con conseguente QKD più efficiente.

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