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Quantum Key Distribution (QKD). Novità dal Korea Institute of Science and Technology

I crittosistemi quantistici utilizzano chiavi quantistiche, che garantiscono la sicurezza basata sulla fisica quantistica, non sulla complessità computazionale (come nei crittosistemi convenzionali). Si prevede che i crittosistemi quantistici sostituiranno i moderni crittosistemi.

Quantum Key Distribution (QKD) è la tecnologia più importante per l’implementazione di crittosistemi quantistici. Ma per commercializzare la QKD, devono essere risolti due problemi tecnici principali: la distanza di comunicazione e l’estensione della comunicazione da uno a uno (1:1) a uno a molti (1:N) o molti a molti (N :N) rete.

Annunciato nel 2018, il protocollo a lungo raggio QKD Twin-field (TF) può aumentare significativamente la distanza di comunicazione dei sistemi QKD. In TF QKD, due utenti possono condividere una chiave passando i segnali quantistici a una terza parte intermediaria per la misurazione. Tuttavia, il sistema è ancora lontano dalla sua implementazione a causa della notevole complessità dell’implementazione del sistema.

Il Korea Institute of Science and Technology KIST ha annunciato che il team di ricerca del Center for Quantum Information, guidato dal direttore Sang-Wook Han, ha condotto con successo una dimostrazione pilota di una rete TF QKD

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Questa è la seconda dimostrazione della rete TF QKD al mondo dopo l’Università di Toronto in Canada.

I ricercatori hanno proposto una nuova rete TF QKD scalabile su una rete da due a molti (2:N) basata su polarizzazione, tempo e multiplexing della divisione della lunghezza d’onda.

Il modello dell’Università di Toronto si basa su una struttura di rete ad anello, mentre l’architettura del gruppo di ricerca KIST si basa su una rete a stella. 

Il segnale quantistico nella struttura ad anello deve passare attraverso ogni utente connesso all’anello, mentre nella struttura a stella il segnale passa solo attraverso il centro, il che consente un sistema QKD più pratico.

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Inoltre, un sistema TF QKD convenzionale richiede una pluralità di sistemi di controllo (controller per tempo, lunghezza d’onda, fase e polarizzazione) per mantenere l’indistinguibilità di due segnali quantistici emessi da diverse sorgenti luminose di due utenti.

Il team ha adottato un framework plug-and-play (PnP) durante lo sviluppo del sistema TF QKD. Nell’architettura PnP TF QKD, una terza parte genera e trasmette i segnali iniziali a entrambi gli utenti utilizzando un’unica sorgente luminosa. 

I segnali vengono quindi restituiti alla terza parte con un movimento circolare. La deriva di polarizzazione dovuta alla birifrangenza del canale viene compensata automaticamente e gli utenti hanno fondamentalmente la stessa lunghezza d’onda.

Poiché i due segnali seguono lo stesso percorso in direzioni opposte, i tempi di arrivo dei segnali sono gli stessi. Pertanto, per implementare l’architettura KIST è necessario solo un controller di fase.

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Secondo il capo del Center for Quantum Information, Sang-Wook Khan, questo importante risultato di ricerca ha permesso di rimuovere due grandi ostacoli alla commercializzazione di QKD.