Experimental Quantum Communication with GNSS satellites

Il termine Comunicazione Quantistica si riferisce a tutti quei protocolli basati sulla trasmissione fedele di stati quantistici. L’enorme progresso tecnologico nella manipolazione delle singole particelle quantistiche ha portato alla realizzazione di test sperimentali su alcune delle più stravaganti predizioni della Meccanica Quantistica. I cosiddetti esperimenti mentali (gedankenexperiments) che sono stati formulati dai padri della Meccanica Quantistica nel secolo scorso, sono ora diventati realtà. Riportando le parole di Schrödinger: “... non sperimentiamo mai solo un elettrone o atomo o (piccola) molecola". Ciò non corrisponde più alla realtà dei fatti. Possiamo realizzare esperimenti che coinvolgono singoli atomi o molecole, e persino singoli fotoni; diventa quindi possibile dimostrare che le "conseguenze ridicole" a cui alludeva Schrödinger sono, in effetti, vere. La possibilità di preparare, manipolare e rilevare singoli fotoni ha aperto la strada al campo della comunicatione quantistica. Molte applicazioni interessanti legate alla sicurezza delle comunicazioni iniziano a prendere forma, fra cui la più promettente è la distribuzione di chiave quantistica. Il passaggio cruciale verso l’utilizzo di queste tecnologie quantistiche è l’estensione del canale quantistico in modo tale da poter mettere in comunicazione, in linea di principio, due punti qualsiasi sulla superficie terrestre. A tal fine, vengono perseguite principalmente due strategie: lo sviluppo di ripetitori quantistici per connettere diversi tratti realizzati in fibra ottica, i quali hanno un’estensione limitata a causa delle perdite intrinseche della fibra, e lo sviluppo di canali quantistici intersatellitari e satellite-terra che sfruttano le minori perdite della trasmissione in aria/vuoto. Questa tesi raccoglie i risultati del mio progetto di dottorato sotto la supervisione del Prof. Giuseppe Vallone e del Prof. Paolo Villoresi, relativi alla scienza della comunicazione quantistica. L’obiettivo principale del progetto è quello di estendere la comunicazione quantistica satellitare fino alle orbite MEO come base per la realizzazione di test fondamentali sulla Meccanica Quantistica. Particolare attenzione è stata dedicata anche alle applicazioni delle misure quantistiche deboli.