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7 - Implementação de protocolos de comunicação quântica

Professor(es):

Gabriel Aguilar -
Fernando de Melo

Monitor(es):

Imagem do módulo
Resumo:

Neste modulo implementaremos protocolos de comunicação quântica no laboratório de tecnologias quânticas do CBPF. O curso terá uma parte teórica onde aprenderemos a motivação, a historia a as implementações mais importantes desta área. Do lado experimental, montaremos os protocolos mais básicos de distribuição de chaves quânticas. Começaremos com o protocolo BB84 baseado numa fonte de pares de fótons, onde um dos fótons será usado como gatilho. A montagem dessa fonte de fóton único gatilhada será o primeiro desafio experimental do curso. Uma vez terminado este protocolo, implementaremos um segundo protocolo envolvendo emaranhamento quântico. Para isto será necessário modificar a fonte de pares de tal forma que os fotons emitidos estejam emaranhados na polarização. Implementaremos também esses protocolos aumentando a distância entre emissor e receptor mediante a utilização de fibras óticas.

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.