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Title in Portuguese: Enhancing security of practical quantum key distribution: two-layer QKD and backflash emission from silicon avalanche photodiodes
Author: Pinheiro, Paulo Vinicius Pereira
Advisor(s): Ramos, Rubens Viana
Keywords: Teleinformática
Comunicações ópticas
Quantum key distribution
Two-layer QKD
Photodetectors
Breakdown emission
Backflash attack
Issue Date: 28-Jul-2016
Citation: PINHEIRO, Paulo Vinicius Pereira. Enhancing security of practical quantum key distribution: two-layer QKD and backflash emission from silicon avalanche photodiodes. 2016. 94 f. Tese (Doutorado em Engenharia de Teleinformática)–Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2016.
Abstract in Portuguese: O desenvolvimento de novas tecnologias quânticas para comunicação em redes ópticas permitirá, dentre outros, a realização de protocolos invioláveis para a troca segura de informação. O primeiro e mais desenvolvido destes protocolos é a distribuição quântica de chaves. Embora na teoria esta apresente segurançaa perfeita, a implementação em redes ópticas pode produzir falhas de segurança devido ao comportamento não ideal dos dispositivos A˜¸spticos e optoeletrônicos utilizados. Nesta direção, a presente tese traz duas contribuições para a melhora da seguran¸ca de sistemas de distribuição quântica de chaves. No primeiro caso, os protocolos de distribuição quântica de chaves que operam com deslocamento diferencial de fase em quadratura e com detecção homódina são redesenhados para funcionar utilizando estados coerente e térmico da luz, junto com diversidade de polarização. No segundo caso, a caracterização da luz emitida por fotodiodos de avalanche durante uma detecção e o impacto desta emissão na segurança no protocolo BB84 são realizadas.
Abstract: The development of new quantum communication technologies for optical networks will enable inviolable protocols to exchange secure information. The first and more ro-bust among them is the quantum key distribution (QKD). Although in theory the security is proven unconditionally safe, the implementation in optical networks can still produce flaws due the non-ideal behavior of the optical and optoelectronic devices. In this direc-tion, this thesis presents two contributions to improve security of QKD systems. The first is the redesign of two QKD protocols to use two quantum states of light, the coherent and thermal state, with a polarization randomness. The protocols are the differential quadrature phase shift QKD and QKD using homodyne detection. The second contribution is the experimental characterization of the light emitted by avalanche photodiodes during a detection and its implication in the security of the BB84 QKD protocol.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/30696
metadata.dc.type: Tese
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