Distribución de claves cuánticas de alta dimensión

La distribución de clave cuántica de alta dimensión (HDQKD) es una tecnología para la comunicación segura entre dos partes. Permite una mayor eficiencia de la información que los protocolos tradicionales de distribución de clave cuántica binaria (QKD), que están limitados a 1 bit / fotón . HDQKD también presenta una mayor resistencia al ruido, lo que permite relaciones señal-ruido más bajas y mayores distancias de transmisión. ^{[ 1 ]}

Una forma de implementar HDQKD es mediante la tecnología de multiplexación por división espacial y la codificación de información cuántica en la dimensión espacial, como con los modos de momento angular óptico (OAM). Si bien se han demostrado los modos OAM para HDQKD en enlaces de espacio libre, la transmisión a través de enlaces de fibra de larga distancia es un desafío debido a la diafonía intermodal. Un enfoque alternativo es utilizar fibras multinúcleo (MCF) con núcleos separados, que ofrecen una gran multiplicidad de núcleos y baja diafonía entre ellos. ^{[ 1 ]}

Sin embargo, también existen desafíos para la implementación de HDQKD con MCF. La manipulación de estados cuánticos de alta dimensión en MCF requiere una estabilidad de fase precisa, lo cual puede ser difícil de lograr. Además, la transmisión de estados cuánticos a través de fibras puede introducir ruido y pérdidas, lo que conlleva una menor fidelidad y mayores tasas de error de bits cuánticos (QBER). ^{[ 1 ]}

Otra ruta prometedora para la distribución cuántica de claves (QKD) de alta dimensión es el uso de modos espaciales de Hermite-Gauss (HG), que forman una base ortogonal completa en coordenadas cartesianas y pueden implementarse con moduladores de luz espacial estándar. Los modos HG ofrecen dimensionalidad escalable y compatibilidad con la transmisión en espacio libre, tanto en interiores como en exteriores. En una demostración reciente, se logró la distribución segura de claves a distancias de hasta 90 metros, con dimensiones de hasta 16 codificadas mediante modos HG. Esta HDQKD basada en modos espaciales puede superar a la codificación basada en polarización en términos de bits por fotón filtrado (hasta 1,55 BSP para d = 8) y es muy adecuada para enlaces inalámbricos ópticos de corto alcance. ^{[ 2 ]}

• Lista de protocolos de distribución de claves cuánticas