Introduzione: distribuzione di chiave quantistica e il ruolo della modulazione di fase

Tra i metodi di calcolo e le tecniche di calcolo, il QKD ha sviluppato una tecnologia di codificazione dei dati, che consente a due parti lontane, tradizionalmente denominate Alice e Bob, di generare una chiave casuale condivisa e segreta, la cui sicurezza è radicata nelle leggi della meccanica quantistica.

Fondamenti della fase di modulazione

In ottica classica, la modulazione di fase si riferisce al processo di variazione della fase di un'onda leggera, che utilizza una rete elettro-ottico di modulazione, per codificare le informazioni.

Modulation di fase nei principali protocolli QKD

Codifica Fase-E in BB84

Il protocollo originale BB84, proposto da Bennett e Brassard nel 1984, ha usato quattro stati di polarizzazione per codificare i bit. Poco dopo, è stata sviluppata una variante basata su fase (spesso chiamato "radicendo di fase BB84" o "BB84 con codifica di fase"), dove Alice prepara quattro stati di fase diversi di un polso coerente debole: per esempio, gli stati con le fasi 0, π/2, π e 3π/2.

DKD (DPS‐QKD) differenziale

Il QKD differenziale di fase, proposto da Inoue, Waks e Yamamoto nel 2002, è un protocollo che sfrutta la modulazione di fase per raggiungere alti tassi chiave. In DPS‐QKD, Alice invia un treno di impulsi coerenti deboli con un costante spostamento di fase interpolare scelto da un insieme di quattro (ad esempio, 0, π‐/2, π, 3π/2).

Coerente One-Way (COW) QKD

Il QKD, introdotto da Stucki, Gisin e colleghi nel 2005, codifica i bit nella combinazione temporale o nella fase di due impulsi coerenti deboli. Alice invia una sequenza di non-vuoto (segnale) e vuoto (decoy) impulsi, dove un logico "0" è rappresentato da un impulso nella prima volta bin-Kher e una fase relativa "1" da un impulso nel secondo

QKD indipendente (MDI‐QKD) con codifica di fase

Il QKD, proposto per la prima volta nel 2012, elimina tutti gli attacchi laterali sul lato di rilevamento. In MDI‐QKD, sia Alice che Bob inviano impulsi coerenti deboli ad un terzo non attendibile (Charlie) che esegue una misurazione del Bell‐state utilizzando uno splitter del raggio e due rivelatori monofoto.

Miglioramenti di sicurezza forniti dalla modulazione di fase

In primo luogo, consente la codifica di qubit in uno spazio di entroterra ad alta dimensione, come la fase di una variabile continua o un insieme di stati di fase discreti.

Attuazione pratica del QKD codificato in fase

Il sistema di rilevamento di un singolo sensore di frequenza di trasferimento di dati (in inglese) è stato utilizzato per il rilevamento di un singolo sensore di tempo di trasferimento (in inglese, in inglese, in inglese, in inglese, in inglese, in inglese, in inglese, in inglese, in inglese, in inglese, in inglese, in inglese, in inglese, in inglese, in inglese, in inglese, in inglese, in inglese, in inglese, in inglese, in inglese, in inglese).

Sfide e limitazioni

La stabilità del processo è il problema più persistente. Le installazioni del campo hanno un'esperienza di gradienti termici, lo stress meccanico e il rumore acustico che causano la differenza di lunghezza del percorso dell'interferometro alla deriva.

Le direzioni e le innovazioni future

Il futuro del QKD basato su fase è luminoso, con diverse direzioni di ricerca attivamente perseguito. I chip di fase di sviluppo QKD di cui sono dotati i principali strumenti di monitoraggio della fase di sviluppo, sono basati su un unico chip fotonico.

Conclusioni

La modulazione di fase non è solo un dettaglio tecnico nella distribuzione di chiavi quantistiche; è un fattore fondamentale per la crittografia quantistica ad alte prestazioni, sicura e pratica.


] ]]]]] Fotonici della natura: progressi nella distribuzione delle chiavi quantistiche[
] ]Optica: Chip-based phase-encoded QKD