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Publication
High-Speed Free-Space Quantum Key Distribution
| Name: | Description: | Size: | Format: | |
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| 4.65 MB | Adobe PDF |
Authors
Abstract(s)
The goal of cryptography is to encode data in such a way that no one can decode it unless they are the intended recipient. With the emergence of quantum computing, classical cryptography is not reliable enough to protect sensitive information. Nevertheless, there are alternatives. Quantum Key Distribution (QKD) is a method to secure communication based on the laws of quantum physics. Due to being impossible to measure the quantum state of a system without disturbing it, QKD provides a way to communicate between two parties while being, in theory, immune to eavesdropping.
In this work, a free-space high-speed QKD setup is proposed, with the objective of implementing the polarization three-state one-decoy variant of the BB84 protocol. An assessment of the best type of laser diode to use for free-space QKD is made between several options. The system’s performance was assessed, incorporating a quantitative analysis of system losses and an estimation of the number of photons traversing the quantum channel. The system achieved a Quantum Bit Error Rate (QBER) of 1.58% for the Z basis and 1.46% for the X basis, for an average reception of two photons per pulse. Preliminary QBER measurements were also undertaken in the context of Quantum Keyless Private Communication protocols, focusing on the average number of photons per pulse.
O objetivo da criptografia é codificar dados de tal forma que ninguém os possa descodificar, a não ser que seja o destinatário pretendido. Com o aparecimento da computação quântica, a criptografia clássica não é suficientemente fiável para proteger informações sensíveis. No entanto, existem alternativas. A Distribuição de Chaves Quânticas (DCQ) é um método de segurança das comunicações baseado nas leis da física quântica. Devido à impossibilidade de medir o estado quântico de um sistema sem o perturbar, a distribuição de chaves quânticas proporciona uma forma de comunicar entre duas partes, sendo, em teoria, imune a potenciais ouvintes. Neste trabalho, é proposta uma configuração de DCQ de alta velocidade e em espaço livre, com o objetivo de implementar a variante de polarização de três estados um falso do protocolo BB84. É feita uma avaliação do melhor tipo de díodo laser a utilizar para DCQ em espaço livre. O desempenho do sistema foi avaliado, incorporando uma análise quantitativa das perdas do sistema e uma estimativa do número de fotões que atravessam o canal quântico. O sistema atingiu uma taxa de erro de bit quântico de 1.58% para a base Z e 1.46% para a base X, para um número médio de fotões de dois por pulso. Foram também efectuadas medições preliminares no contexto de Protocolos de Comunicação Privada Quântica Sem Chave, com um foco no número médio de fotões por pulso.
O objetivo da criptografia é codificar dados de tal forma que ninguém os possa descodificar, a não ser que seja o destinatário pretendido. Com o aparecimento da computação quântica, a criptografia clássica não é suficientemente fiável para proteger informações sensíveis. No entanto, existem alternativas. A Distribuição de Chaves Quânticas (DCQ) é um método de segurança das comunicações baseado nas leis da física quântica. Devido à impossibilidade de medir o estado quântico de um sistema sem o perturbar, a distribuição de chaves quânticas proporciona uma forma de comunicar entre duas partes, sendo, em teoria, imune a potenciais ouvintes. Neste trabalho, é proposta uma configuração de DCQ de alta velocidade e em espaço livre, com o objetivo de implementar a variante de polarização de três estados um falso do protocolo BB84. É feita uma avaliação do melhor tipo de díodo laser a utilizar para DCQ em espaço livre. O desempenho do sistema foi avaliado, incorporando uma análise quantitativa das perdas do sistema e uma estimativa do número de fotões que atravessam o canal quântico. O sistema atingiu uma taxa de erro de bit quântico de 1.58% para a base Z e 1.46% para a base X, para um número médio de fotões de dois por pulso. Foram também efectuadas medições preliminares no contexto de Protocolos de Comunicação Privada Quântica Sem Chave, com um foco no número médio de fotões por pulso.
Description
Keywords
Quantum Key Distribution Weak coherent pulses Quantum states measurements Secure optical communications Distribuição quântica de chaves Pulsos coerentes fracos Medidas de estados quânticos Comunicações ópticas seguras