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Título em portugués: Correção de erro em sistemas de comunicação quântica utilizando polarização de estados coerentes e fótons isolados
Título em inglés: Error correction in quantum communication system using polarization of coherent states and single-photons
Autor: Nascimento, José Cláudio do
Fecha de publicación : 14-sep-2006
Citación : NASCIMENTO, J. C. Correção de erro em sistemas de comunicação quântica utilizando polarização de estados coerentes e fótons isolados. 2006. 53 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Teleinformática) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2006.
Resumen en portugués: 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.
Resumen en inglés: In this dissertation, it is realized a study of light polarization and its applications in quantum communications. Initially, the mathematical tools needed for single-photon and coherent states polarization analyses are presented: coherence matrix, Stokes parameters and polarization degree. Following, using numerical simulations, it is presented the variation of the degree of polarization of a single-photon pulse during depolarizing channel propagation. At last, the result of an experiment using coherent states, aiming to measure the degree of polarization after propagation in 200 m optical fiber is presented. The experiment is useful for determination of the parameter of the qubit depolarizing channel model. Since light polarization is easily changed when environment fluctuations are present during fiber propagation, optical schemes able to correct unpredictable polarization changes are studied. Such schemes are employed for error correction in quantum communication systems. Based on already proposed error correction schemes, two new schemes are proposed, one for systems that employs polarization of singlephoton light, and other for systems that employs polarization of two-mode coherent states, being the first active, that is, requiring a control and synchronism protocol, while the second is passive. At last, it is realized a security analysis of a quantum key distribution system, employing the proposed error correction scheme, when the same is under Fuch-Peres-Brandt attack. It is shown that using the proposed error correction scheme the presence of an eavesdropper monitoring the quantum channel is more visible.