(a) La rete quantistica è completamente connessa da cinque sottoreti (A, B, C, D ed E sono rappresentati dal rosso, arancia, verde, blu, e nero, rispettivamente). Le linee tratteggiate tra le sottoreti (10 collegamenti con colori diversi) sono le coppie di fotoni tempo-energia correlate tra le sottoreti. (b) Ogni sottorete (come la sottorete A) è dotata di un divisore di raggio 1×3 e di un modulo di controllo del ritardo, che divide una coppia di fotoni entangled correlati alla frequenza (segni rossi e blu) e li invia a tre utenti in modo casuale. Credito:Zhantong Qi, Yuanhua Li, Yiwen Huang, Juan Feng, Yuanlin Zheng, e Xianfeng Chen
La comunicazione diretta sicura Quantum (QSDC) basata sull'entanglement può trasmettere direttamente informazioni riservate. Scienziato in Cina ha esplorato una rete QSDC basata sull'entanglement tempo-energia e sulla generazione di somma-frequenza. I risultati mostrano che quando due utenti qualsiasi eseguono QSDC su 40 chilometri di fibra ottica, e la velocità di trasmissione delle informazioni può essere mantenuta a 1 Kbp/s. Il nostro risultato pone le basi per la realizzazione di QSDC globali ea lunga distanza basati su satellite in futuro.
La comunicazione quantistica ha presentato un passo rivoluzionario nella comunicazione sicura grazie alla sua elevata sicurezza delle informazioni quantistiche, e molti protocolli di comunicazione sono stati proposti, come il protocollo di comunicazione diretta sicura quantistica (QSDC). QSDC basato sull'entanglement può trasmettere direttamente informazioni riservate. Qualsiasi attacco di QSDC risulta solo a numero casuale, e non può trarne alcuna informazione utile. Perciò, QSDC ha semplici passaggi di comunicazione e riduce potenziali falle di sicurezza, e offre elevate garanzie di sicurezza, che garantisce la sicurezza e le proposte di valore delle comunicazioni quantistiche in generale. Però, l'incapacità di distinguere simultaneamente i quattro insiemi di stati entangled ortogonali codificati nei protocolli QSDC basati su entanglement limita la sua applicazione pratica. Per di più, è importante costruire una rete quantistica per realizzare ampie applicazioni della comunicazione diretta quantistica sicura. La dimostrazione sperimentale di QSDC è fortemente richiesta.
In un nuovo articolo pubblicato su Scienza e applicazione della luce , un team di scienziati, guidato dal professor Xianfeng Chen dello State Key Laboratory of Advanced Optical Communication Systems and Networks, Scuola di Fisica e Astronomia, Università Jiao Tong di Shanghai, Cina e il professor Yuanhua Li del Dipartimento di Fisica, Università Normale di Jiangxi, La Cina ha esplorato una rete QSDC basata sull'entanglement tempo-energia e sulla generazione di frequenza somma (SFG). Presentano una rete QSDC basata su entanglement completamente connessa che include cinque sottoreti, con 15 utenti. Utilizzando le correlazioni di frequenza delle quindici coppie di fotoni tramite multiplexing a divisione di tempo e multiplexing a divisione di lunghezza d'onda densa (DWDM), eseguono un esperimento QSDC in fibra di 40 chilometri implicando una trasmissione in due fasi tra ciascun utente. In questo processo, il processore di rete divide lo spettro della sorgente a singolo fotone in 30 canali dell'Unione internazionale delle telecomunicazioni (ITU). Con questi canali, ci sarà un evento di coincidenza tra ciascun utente eseguendo una misurazione dello stato Bell basata sull'SFG. Ciò consente di identificare simultaneamente i quattro insiemi di stati entangled codificati senza post-selezione.
È noto che la sicurezza e l'affidabilità della trasmissione delle informazioni per QSDC è una parte essenziale nella rete quantistica. Perciò, hanno implementato la trasmissione a blocchi e metodi di trasmissione passo-passo in QSDC con stima della capacità di segretezza del canale quantistico. Dopo aver confermato la sicurezza del canale quantistico, l'utente legittimo esegue operazioni di codifica o decodifica all'interno di questi schemi in modo affidabile.
(a) La struttura fisica della rete quantistica. Lo spettro è suddiviso in 30 canali della griglia ITU tramite un 100 GHz-DWDM. CH17 a CH31 sono numerati rispettivamente da 1 a 15, ed i numeri con segno opposto indicano corrispondenti ai canali CH33-CH47. L'architettura di allocazione della lunghezza d'onda è omessa nei piccoli blocchi multiplex trapezoidali. Ogni piccolo blocco con simboli digitali colorati costruisce un gruppo di lunghezze d'onda distribuito dal processore di rete. (b) Ciascuna coppia di fotone di segnale e fotone folle è indicata dalle stesse barre colorate con e senza segno digitale opposto. (c) Illustrazione dei progressi della SFG. I fotoni generati in coppia dal processo di down-conversion parametrico spontaneo vengono multiplexati nell'esperimento SFG per realizzare la codifica e la comunicazione quantistica. Credito:Zhantong Qi, Yuanhua Li, Yiwen Huang, Juan Feng, Yuanlin Zheng, e Xianfeng Chen
Questi scienziati riassumono i risultati dell'esperimento del loro schema di rete:
"I risultati mostrano che quando due utenti qualsiasi eseguono QSDC su 40 chilometri di fibra ottica, la fedeltà dello stato entangled da loro condiviso è ancora maggiore del 95%, e la velocità di trasmissione delle informazioni può essere mantenuta a 1 Kbp/s. Il nostro risultato dimostra la fattibilità di una rete QSDC proposta, e quindi pone le basi per la realizzazione di QSDC a lunga distanza e globali basati su satellite in futuro."
"Con questo schema, ogni utente si interconnette con qualsiasi altro tramite coppie condivise di fotoni entangled in diverse lunghezze d'onda. Inoltre, è possibile migliorare la velocità di trasmissione delle informazioni superiore a 100 Kbp/s nel caso dei rivelatori ad alte prestazioni, così come il controllo ad alta velocità nel modulatore in uso", hanno aggiunto.
"Vale la pena notare il presente lavoro, che offre connessione QSDC punto-punto a lunga distanza, combinato con la rete quantistica di ripetitori sicuri recentemente proposta di QSDC, che offre una comunicazione end-to-end sicura in tutta l'Internet quantistica, consentirà la costruzione di una rete quantistica sicura utilizzando la tecnologia attuale, realizzando il grande potenziale di QSDC nella comunicazione futura", prevedono gli scienziati.
