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Tesi etd-09232020-013720


Thesis type
Tesi di laurea magistrale
Author
RIBEZZO, DOMENICO
URN
etd-09232020-013720
Thesis title
Nonlocal chromatic dispersion compensation of optical long-distance fibers for quantum communication
Department
FISICA
Course of study
FISICA
Supervisors
relatore Prof. Morsch, Oliver
relatore Dott. Ursin, Rupert
correlatore Dott. Neumann, Sebastian
Keywords
  • quantum communication
  • quantum key distribution
  • optical fiber
  • entanglement
  • dispersion
  • nonlocal
Graduation session start date
26/10/2020;
Consultabilità
Secretata d’ufficio
Release date
26/10/2090
Summary
I recenti sviluppi nel campo della computazione quantistica rappresentano una minaccia concreta per la sicurezza informatica basata sulla crittografia classica. Se è vero che gli apparati di comunicazione quantistica sono già realtà, bisogna tuttavia considerare che al fine di rendere la quantum key distribution (QKD) un’alternativa competitiva è necessario che sia, oltre che economicamente accessibile, utilizzabile su grandi distanze e con velocità adeguate.
Questo lavoro di tesi si pone l’obiettivo di adoperarsi al miglioramento della comunicazione quantistica su fibra ottica. È stata costruita una sorgente di coppie di fotoni entangled adoperati per la codifica di una chiave quantistica distribuita verso due parti connesse in fibra con attenuazione di -30 dB. I fotoni sono stati prodotti mediante down conversion parametrica a una lunghezza d’onda di 1550 nm, tipicamente impiegata nell’ambito delle telecomunicazioni, e sono soggetti a dispersione cromatica durante la propagazione in un mezzo dispersivo proporzionalmente alla larghezza del loro spettro. La dispersione è stata cancellata in entrambi i rami agendo su uno solo dei due fotoni, sfruttando l’anticorrelazione spettrale dei due fotoni entrangled. Si è dimostrato come seguendo questo procedimento il rate della chiave quantistica sia aumentato di 37 volte, spalancando le porte della QKD anche a scenari in cui è attualmente praticabile solo con rate bassi, quando non del tutto impraticabile.


The recent development of quantum computation represents a real threat for cybersecurity relying on classical cryptography. If it is true that quantum communication devices are already a reality, it is necessary to consider that in order to make quantum key distribution (QKD) a good competitor it has to be, in addition to economically affordable, usable over long distances and with appropriate velocities.
This master thesis aims to work in the improvement of quantum communication in optical fiber. An entangled photons source has been built and the photons have been used to codify a quantum key distributed over two parties connected by a fiber with an attenuation of -30 dB. The photons have been produced by spontaneous parametric down conversion at a wavelength of 1550 nm, usually employed in telecommunication, and are subject to chromatic dispersion during their propagation in a dispersive medium proportionally to their spectral width. The dispersion has been canceled in both arms acting just on one photon, exploiting the spectral anticorrelation of the two entangled photons. Has been proved that thanks to this procedure the quantum key rate has increased by 37 times, opening the doors of QKD to scenarios in which is currently possible just with low rate, if not impossible at all.
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