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Title in Portuguese: Análise e resultados experimentais de sistemas de distribuição quântica de chaves usando fótons isolados e estados coerentes mesoscópicos
Title: Theorical analysis and experimental results of quantum key distribution systems using single-photons and mesoscopic coherent states
Author: Mendonça, Fábio Alencar
Advisor(s): Ramos, Rubens Viana
Keywords: Teleinformática
Comunicações óticas
Criptografia de dados
Issue Date: 13-Sep-2006
Citation: MENDONÇA, F. A. Análise e resultados experimentais de sistemas de distribuição quântica de chaves usando fótons isolados e estados coerentes mesoscópicos. 2006. 117 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Teleinformática) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2006.
Abstract in Portuguese: Nesta dissertação é realizado um estudo da polarização da luz e suas aplicações em sistemas de comunicações quânticas. Inicialmente, são apresentadas as ferramentas matemáticas necessárias ao tratamento da polarização da luz de fótons isolados e estados coerentes: matriz coerência, parâmetro de Stokes e grau de polarização. Em seguida é apresentada, através de simulação numérica, a dinâmica do grau de polarização da luz de um fóton durante a propagação em um canal despolarizador. Por fim, o resultado de um experimento usando estados coerentes, objetivando medir o grau de polarização da luz após propagação em um trecho de 200 m de fibra, é apresentado. O experimento é útil para a determinação do parâmetro do modelo de canal despolarizador de qubits. Sendo a polarização da luz uma propriedade facilmente alterada por condições ambientais, são estudados os esquemas ópticos que, dentro de certas restrições, podem corrigir variações aleatórias da polarização da luz durante a propagação na fibra. Tais esquemas são empregados como corretores de erros em sistemas de comunicações quânticas. Baseados em esquemas de correção encontrados na literatura, foram propostos dois novos esquemas, um para a utilização em sistemas que empregam polarização de luz de fótons isolados e outro para sistemas que empregam polarização de estados coerentes bimodais, sendo o primeiro ativo, isto é, requer um protocolo de controle e sincronismo, e o segundo passivo. Por fim, é feita a análise da segurança de um sistema de distribuição quântica de chaves, empregando o esquema proposto de correção de erros, quando o mesmo sofre o ataque de Fuchs-Peres-Brandt. É mostrado que a utilização do esquema de correção de erros proposto favorece a visibilidade da presença de um espião monitorando o canal quântico.
Abstract: In this dissertation it is realized a study about quantum key distribution (QKD) in optical networks. Initially, a review of the theory of quantum key distribution and some of its implementations with strongly attenuated coherent states, as well a review of an optical system for physical encryptation using mesoscopic coherent states are realized. Following, it is analyzed the use of an error correction scheme in the physical encryptation system, and two new schemes for quantum key distribution are proposed. The first is a possible implementation of a hybrid system, that is, using weak and mesoscopic coherent states, for QKD and quantum authentication of classical messages. The second is an implementation of a QKD system based on relative phase modulation of sidebands frequency, using two RF carriers and an amplitude modulator in Alice and a phase modulator in Bob. After, an experimental realization of a simple QKD setup using polarization states of strongly attenuated coherent states for B92 protocol is presented. At last, it is realized an experimental characterization of an optical receiver for optical communication applications.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/16121
metadata.dc.type: Dissertação
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