Neste trabalho apresentamos um experimento muito simples explorando a polarização de um feixe laser intenso para simular a distribuição de uma chave criptográfica através do protocolo BB84 de criptografia quântica. Nossa proposta está baseada na analogia entre graus de liberdade de um feixe laser com estados quânticos da luz, muito discutida atualmente. A proposta utiliza duas bases de polarização linear, que é o ingrediente original do protocolo proposto por Bennet e Brassard. Dessa forma, o experimento permite um entendimento direto do princípio de funcionamento do protocolo. O experimento pode ser realizado em laboratórios didáticos dos cursos de graduação em Física e Engenharias bem como em espaços de divulgação científica. Além disso, os resultados mostram que o experimento apresenta um ambiente muito propício para discussão sobre a diferença entre propriedades clássicas e quânticas da luz.
Neste trabalho apresentamos um experimento muito simples explorando a polarização de um feixe laser intenso para simular a distribuição de uma chave criptográfica através do protocolo BB84 de criptografia quântica. Nossa proposta está baseada na analogia entre graus de liberdade de um feixe laser com estados quânticos da luz, muito discutida atualmente. A proposta utiliza duas bases de polarização linear, que é o ingrediente original do protocolo proposto por Bennet e Brassard. Dessa forma, o experimento permite um entendimento direto do princípio de funcionamento do protocolo. O experimento pode ser realizado em laboratórios didáticos dos cursos de graduação em Física e Engenharias bem como em espaços de divulgação científica. Além disso, os resultados mostram que o experimento apresenta um ambiente muito propício para discussão sobre a diferença entre propriedades clássicas e quânticas da luz.
O processo de medida na mecânica quântica é um tema de muita discussão que gerou debates profundos ao longo da história. É um tema central no ramo de informação quântica. Neste trabalho, nosso principal objetivo é discutir a realização experimental de medidas de operador positivo (POVM) no grau de liberdade de polarização da luz a partir de um circuito apresentado por Ahnert e Payne [1] com o uso de um feixe laser intenso. Assim, o que propomos é simular os resultados de medidas POVM em polarização no regime clássico. Apresentamos detalhes que permitem a abordagem experimental dos circuitos ópticos com um feixe laser intenso usando elementos encontrados em um bom laboratório de óptica. Fazemos uma breve revisão sobre medidas quânticas, introduzindo medidas projetivas e POVM. Aplicamos o conceito de medidas POVM em um exemplo didático simples explorando o aparato de Stern-Gerlach, indicando um bom ponto de partida para introduzir a discussão de POVM em cursos básicos de Mecânica Quântica.
A codificação de bits quânticos, os qbits, em graus de liberdade internos da luz como a polarização, os modos transversos e o caminho de propagação tem recebido muita atenção ultimamente. No entanto, o qbit codificado no grau de liberdade de caminho frequentemente desempenha um papel limitado nos circuitos ópticos. Neste trabalho, será apresentado um circuito óptico linear para codificar qbits no grau de liberdade de caminhos em diferentes bases. Também, apresentamos uma representação geométrica similar a da polarização, a esfera de Poincaré do caminho, bem como a representação de esfera de Bloch para o qbit de caminho. Apresentamos também, circuitos ópticos lineares para construir as principais portas lógicas quânticas, inclusive aquelas consideradas portas universais, para o qbit de caminho de propagação do fóton. Através da analogia clássico-quântica dos chamados modos spin-órbita da luz, implementamos os circuitos ópticos com feixes intensos e reproduzimos experimentalmente a tabela verdade das portas propostas. Com a porta C-NOT para o caminho e usando a polarização como qbit de controle, produzimos estados análogos aos estados de Bell, de forma que nossos resultados podem fornecer uma nova classe de modos não separáveis da luz, o que pode contribuir para o controle e manipulação do emaranhamento entre graus de liberdade fotônicos.
Compreende-se criptografia como a prática de princípios e técnicas que permitem uma comunicação segura, na presença de terceiros. Com o desenvolvimento dos computadores quânticos, a utilização de um algoritmo quântico muito eficiente (algoritmo de Shor) para atacar a atual criptografia assimétrica pode transformar-se numa realidade. Isso comprometeria a segurança dos sistemas atuais e futuras trocas de informações. Nesta dissertação, é estudada uma implementação do protocolo quântico BB84, que utiliza variáveis discretas com codificação na polarização de fotões.Na primeira parte deste trabalho, foi estudado o recetor já implementado no laboratório do Instituto de Telecomunicações de Aveiro. De forma a otimizar o processo de recolha e processamento de informação, foi desenvolvida uma solução baseada no Arduino. Conforme foram realizados alguns testes, percebeu-se que seria necessário adicionar um novo Arduino e uma placa periférica para gerir quatro valores de tensão de um controlador de polarização. Foram ainda obtidos resultados testes do Quantum Bit Error Rate (QBER), onde se verifica a estabilidade do sistema.Por último, de forma a obter ritmos de operação elevados, estudou-se uma solução baseada em moduladores IQ (In-phase Quadrature. Para se conseguir gerar os seis estados de polarização nas três bases não ortogonais (base padrão, base diagonal e base circular) propusemos uma estrutura Dual-IQ. Nesta estrutura, o sinal ótico é dividido em duas partes iguais, cada uma passando por um modulador IQ. Aqui, uma diferença de fase é introduzida em cada um dos sinais, e com a ajuda de um rotador de polarização é possível gerar vários estados de polarização. Foram realizadas simulações de forma a demonstrar que esta estrutura é capaz de gerar os seis estados de polarização necessários.
Apresentamos de maneira detalhada os quatro protocolos de distribuição de chaves que fundaram a importante área da criptografia quântica, numa linguagem acessível a alunos de graduação em Física. Começamos pelo protocolo BB84, o qual se utiliza de estados de polarização de fótons para transmitir chaves criptográficas. Em seguida, apresentamos o protocolo E91, que faz uso de singletos para gerar uma seqüência de números aleatórios. Finalizamos este artigo apresentando o protocolo BBM92 e o B92, os quais podem ser vistos como simplificações dos dois primeiros protocolos.
Apresentamos de maneira detalhada os quatro protocolos de distribuição de chaves que fundaram a importante área da criptografia quântica, numa linguagem acessível a alunos de graduação em Física.Começamos pelo protocolo BB84, o qual se utiliza de estados de polarização de fótons para transmitir chaves criptográficas.Em seguida, apresentamos o protocolo E91, que faz uso de singletos para gerar uma seqüência de números aleatórios.Finalizamos este artigo apresentando o protocolo BBM92 e o B92, os quais podem ser vistos como simplificações dos dois primeiros
A presente tese pode ser dividia em tres partes: I) Protocolos de comunicacao quântica Segura
Direta (QSDC). II) Deteccao homodina de fotons. III) Polarizacao quântica da luz. No que diz
respeito aos protocolos de QSDC, tres novos esquemas opticos foram propostos. Estes
protocolos utilizam a distribuicao espectral das fontes luminosas e o uso de moduladores de
fase dependentes da frequencia para aumentar a seguranca. No que concerne a deteccao de
fotons, foi realizado um experimento de deteccao homodina de fotons. Nesse experimento
mostrou-se que o sinal analogico transportado por um estado coerente fortemente atenuado
pode ser recuperado por um receptor optico baseado em um fotodiodo PIN. Por fim, na parte
de polarizacao quântica da luz foi proposta uma nova medida de grau de polarizacao baseada
na entropia de Shannon, bem como foi feito o calculo do grau de polarizacao de estados
continuos de um foton e coerentes. Foram tambem realizados dois experimentos para estimar
o grau de polarizacao atraves da medicao da visibilidade de polarizacao. Duas situacoes foram
consideradas: o uso de um canal despolarizante e o laser semicondutor trabalhando em
diferentes regimes de operacao.