2ª chamada dos Selecionados - EAFEXP 2025

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14 - Experimentos de Comunicação Quântica para aplicação na Rede Rio Quântica

Professor(es):

Gabriel Aguilar -
Fernando de Melo

Monitor(es):

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Resumo:

A comunicação quântica tem surgido como a principal área de pesquisa para garantir segurança nas comunicações. O seu objetivo principal é o desenvolvimento de tecnologias, que por um lado, prometem promover comunicação segura entre os usuários, e por outro, permitirão estabelecer uma rede de comunicação quântica entre diferentes computadores quânticos. O CBPF faz parte de um projeto de rede de comunicação quântica conhecido como Rede Rio Quântica (RRQ). Nessa rede, utilizaremos dois tipos de enlaces. Por um lado, utilizaremos fibras ópticas instaladas para a construção de uma rede quântica metropolitana envolvendo algumas das instituições envolvidas neste projeto: Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro (PUCRio), Centro Brasileiro de Pesquisas em Física (CBPF), Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ), Instituto Militar de Engenharia (IME) e a Escola Superior de Guerra (ESG). Por outro lado, uma conexão entre o CBPF e Universidade Federal Fluminense (UFF) será implementada através de um enlace de espaço livre sobre a Baía de Guanabara. Nesse curso aprenderemos conceitualmente as ferramentas básicas da área de comunicação quântica. Implementaremos também experimentos de prova de principio e experimentos envolvendo distâncias menores aos 50 metros. Esses experimentos são o primeiro passo para estabelecer comunicação segura na RRQ.

Ementa
  • Semana 1
    1. Aula 1 - Revisão histórica, BB84 teoria/setup
    2. Aula 2 - Introdução teórica dos assuntos do dia: codificação em polarização, placas de onda (transformações unitárias), mudança da polarização na fibra (calibração)
    3. Aula 3 - Implementação local (free space), e simulação de longa distância (fibra) (dividir em dois grupos, um sendo Alice outro sendo Bob)
    4. Aula 4 - Ataques: descrição e implementações; soluções. Implementação prática de "mede e prepara"
    5. Aula 5 - Correção de erros, amplificação de privacidade. Programação, distribuição de chave. Análise de eficiência (bit rate)
  • Semana 2
    1. Aula 1 - Revisão histórica, emaranhamento, desigualdade de Bell, E91
    2. Aula 2 - Fonte de estados emaranhados, explicar SPDC, caracterização do emaranhamento (tomografia)
    3. Aula 3 - Implementação local (free space), violação das desigualdades de Bell
    4. Aula 4 & 5 - Entender a dificuldade de estender o protocolo para longas distâncias
Pré-Requisitos:
Sem pré requisitos
Bibliografia:
  • Bennett, C. H., and G. Brassard (1984), in Proceedings of IEEE International Conference on Computers, Systems and Signal Processing (Bangalore, India) pp. 175–179.
  • A. Ekert, Phys. Rev. Lett. 67, 661 (1991).
  • N. Gisin, G. Ribordy, W. Tittel, and H. Zbinden, Quantum Cryptography, Rev. Mod. Phys. 74, 145 (2002).
  • N. Gisin and R. Thew, Quantum Communications, Nat. Phot. 1, 165 (2007).
  • R. Wolf, Quantum Key Distribution: An introduction with exercises, Springer 2021, ISBN 9783030739904.