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Calderaro, Luca (2018) Experimental Quantum Communication with GNSS satellites. [Ph.D. thesis]

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Abstract (italian or english)

Quantum Communication (QC) is referred as all those protocols that deal with the faithful transportation of quantum states. The huge technological progress in the manipulation of the single quantum particles has led to the experimental tests of some of the most intriguing features of Quantum Mechanics (QM). The gedankenexperiments that were formulated by the fathers of QM in the last century, have become real. In the words of Schrödinger: “... we never experiment with just one electron or atom or (small) molecule.” This is no longer true. We can do experiments involving single atoms or molecules
and even single photons, and thus it becomes possible to demonstrate that the “ridiculous consequences” alluded to by Schrödinger are, in fact, quite real. The possibility of preparing, manipulating and detecting single photons has paved the way for the field of QC . Many interesting applications related to the security of communication start taking shape, of which the most promising is the Quantum Key Distribution ( QKD ). The crucial step towards the establishment of these quantum technologies is the extension of the communication channel up to the possibility of connecting any two points around the
Earth. To this aim, two main strategies are being pursued: the development of quantum repeaters in order to interconnect several fiber-based channels, each of which have limited extension due to the inherent losses of the fiber, and the progress of satellite-to-ground and satellite-to-satellite links that take advantage of the lower losses of the free-space channel. This thesis collects my research under the supervision of Prof. Giuseppe Vallone and Prof. Paolo Villoresi on a set of topics in the quantum communication science, the main objective being the extension of the satellite-to-ground channel towards MEO and its applications on the fundamental tests of QM . Particular attention have also been dedicated to the applications of weak measurements.

Abstract (a different language)

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.

Statistiche Download
EPrint type:Ph.D. thesis
Tutor:Vallone, Giuseppe
Ph.D. course:Ciclo 31 > Corsi 31 > SCIENZE TECNOLOGIE E MISURE SPAZIALI
Data di deposito della tesi:27 November 2018
Anno di Pubblicazione:27 November 2018
Key Words:Quantum Communication satellites
Settori scientifico-disciplinari MIUR:Area 02 - Scienze fisiche > FIS/01 Fisica sperimentale
Struttura di riferimento:Centri > Centro Interdipartimentale di ricerca di Studi e attività  spaziali "G. Colombo" (CISAS)
Codice ID:11407
Depositato il:07 Nov 2019 11:55
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