[pt] A criptografia quântica se apresenta como uma área relativamente nova e interdisciplinar que, fundamentada nas leis da mecânica quântica, promete solucionar o grande desafio da criptografia simétrica clássica atual, a distribuição de chaves. A distribuição quântica de chaves provê comunicação absolutamente segura entre duas partes, possibilitando o compartilhamento de um segredo, que será utilizado na posterior encriptação da mensagem. Esta dissertação relata a implementação física experimental de um sistema óptico de distribuição quântica de chaves com codificação em freqüência por dupla-modulação em amplitude e fase e sincronização por multiplexação no domínio do comprimento de onda. São introduzidos os conceitos teóricos básicos necessários ao desenvolvimento do tema e apresentadas medições de caracterização dos principais componentes do sistema, bem como resultados de medidas sistêmicas clássicas e quânticas.
[pt] A criptografia quântica se apresenta como uma área relativamente nova e interdisciplinar que, fundamentada nas leis da mecânica quântica, promete solucionar o grande desafio da criptografia simétrica clássica atual, a distribuição de chaves. A distribuição quântica de chaves provê comunicação absolutamente segura entre duas partes, possibilitando o compartilhamento de um segredo, que será utilizado na posterior encriptação da mensagem. Esta dissertação relata a implementação física experimental de um sistema óptico de distribuição quântica de chaves com codificação em freqüência por dupla-modulação em amplitude e fase e sincronização por multiplexação no domínio do comprimento de onda. São introduzidos os conceitos teóricos básicos necessários ao desenvolvimento do tema e apresentadas medições de caracterização dos principais componentes do sistema, bem como resultados de medidas sistêmicas clássicas e quânticas.
[pt] A criptografia quântica foi proposta como uma solução para o problema da distribuição de chaves criptográficas com segurança total garantida pelos princípios da mecânica quântica. Através dessa técnica é possível saber se um espião tentou interceptar a transmissão, o que é impossível utilizando técnicas de transmissão clássicas. Nesse trabalho foi feito um breve resumo da teoria de criptografia quântica, de suas técnicas de transmissão e dos problemas tecnológicos enfrentados. Foi analisada em detalhes a técnica de transmissão de qubits utilizando codificação de freqüência e feita uma comparação dos diferentes esquemas de modulação frente aos protocolos BB84 e B92. Foi demonstrado que os dois esquemas de modulação existentes (AM-AM e PM-PM) são na realidade equivalentes e foi proposto um novo esquema, o AM-PM o único que suporta o protocolo BB84 clássico. Medidas foram realizadas classicamente nos formatos AM-AM e AM-PM.
[pt] Os protocolos de comunicação quântica são essenciais para a transmissão segura de informações, utilizando os princípios da mecânica quântica para alcançar uma segurança inatingível por sistemas criptográficos clássicos. Diferentemente dos métodos tradicionais que dependem de chaves criptográficas convencionais, os protocolos quânticos exploram propriedades únicas dos sistemas quânticos para garantir a segurança da comunicação. No entanto, a implementação prática da distribuição quântica de chaves (QKD) é desafiada por erros introduzidos durante a geração e transmissão de estados quânticos e pela possível presença de espiões. Esta dissertação explora algumas das estratégias mais usadas para estimativa de erros, correção de erros e amplificação de privacidade em sistemas de QKD. Por meio de uma revisão bibliográfica e simulações abrangentes, o estudo avalia as técnicas mais eficazes em cada área. O objetivo final desta análise é desenvolver um método a ser implementado na Rede Rio Quântica, uma rede de comunicação quântica metropolitana que interliga as instituições PUC-Rio, CBPF e UFRJ por meio de fibras ópticas e a UFF através de um canal de espaço livre. Os resultados destacam a importância de otimizar as medidas de correção de erros e privacidade para melhorar a confiabilidade e a segurança das redes de comunicação quântica.
Resumo A criptografia clássica utiliza suposições de dificuldade computacional, como a fatoração de grandes números, para garantir segurança na comunicação. Tal uso pode ser comprometido por avanços de hardware ou software, como a implementação do algoritmo de Shor pela computação quântica. O trabalho em tela explora a segurança da criptografia quântica atrelada inteiramente às leis da mecânica quântica, em um contexto no qual busca-se gerar, de forma segura, chaves clássicas por meios quânticos com a Distribuição Quântica de Chaves para posterior uso em algoritmos como o one-time-pad. A pesquisa teve foco na QKD dependente de equipamentos, mais especificamente dentro da categoria de preparação e medição, contemplando implementações práticas do protocolo de seis estados feitas no IBM Quantum Experience platform. Explora-se cenários ideais, ruidosos, com e sem adversários, analisando os resultados através do QBER. O trabalho abrange ainda conceitos sobre os procedimentos de pós-processamento de reconciliação da informação e amplificação privada, mencionando eventuais ataques quânticos e suas contramedidas, citando a distribuição quântica de chaves independente de dispositivos como uma das possíveis abordagens de solução.
A criptografia quântica é um espaço em constante desenvolvimento no qual a capacidade do hardware é um fator extremamente limitativo. Com vista a melhorar da segurança, distância e velocidade de comunicação, é necessário implementar novos componentes para aprimorar os sistemas reais e capacitá-los para replicação de sistemas teóricos. Esta dissertação foca-se na caracterização de um controlador de polarização eletro-ótico, para posterior implementação num transmissor de um sistema de distribuição de chaves quânticas com codificação na polarização de fotões únicos. Primeiramente, foi feita uma modelação matemática do componente para ser possível caracterizá-lo, atribuindo valores numéricos às variáveis do modelo. Foi ainda apresentado um método de caracterização adaptado da proposta da empresa EOSPACE, baseado em automação em Matlab e controlo remoto de controladores lógicos programáveis. O método foi empregue com o objetivo de estabelecer um padrão de valores que permitissem calibrar o dispositivo aquando o uso num sistema de transmissão. Foram obtidos valores para três testes diferentes, sendo feita uma comparação com os valores da datasheet do dispositivo e com dados teóricos. Os resultados pouco satisfatórios, suportam as críticas feitas ao método que requer hardware e software capaz de uma análise e controlo em tempo real. O longo período de tempo requerido para o processo, conjugado às condições limitativas, levam à conclusão que devem ser procurados outras técnicas com menos restrições e mais simplicidade de hardware que melhorem a qualidade dos resultados e minimizem o tempo despendido num processo de calibração.
Resumo A física quântica marca um novo paradigma no desenvolvimento de tecnologias – nesse contexto, este trabalho apresenta um panorama acerca da Distribuição Quântica de Chaves (QKD). Partindo dos conceitos clássicos de criptografia e da ameaça iminente de computadores quânticos capazes de quebrar algoritmos de segurança amplamente utilizados, como o RSA, exploramos como a QKD aproveita propriedades intrínsecas da mecânica quântica – superposição, medidas em bases conjugadas e emaranhamento – para gerar chaves criptográficas seguras. Discutimos os primeiros protocolos com modelagem discreta (BB84, E91) detalhando cada etapa de pós-processamento: estimação de parâmetros, correção de erros e amplificação de privacidade; além de elaborarmos sobre as noções básicas de como avaliar segurança nesse contexto. Abordamos também técnicas modernas, como QKD em variáveis contínuas e (semi-)independente de dispositivos, que apresentam algumas vantagens frente às técnicas tradicionais. Com uma linguagem acessível e exemplos práticos, este tutorial convida o leitor a mergulhar na criptografia quântica e dar os primeiros passos para compreender a área de Distribuição Quântica de Chaves. Dessa forma, visamos fomentar a formação de uma nova geração de pesquisadores nesta área, dada as crescentes iniciativas de redes quânticas em desenvolvimento no Brasil.
Efeitos notáveis são obtidos na transmissão e no processamento de informação quando se utilizam canais quânticos. Exemplos desses efeitos são algoritmos quânticos ultrarrápidos, teletransporte quântico criptografia quântica, codificação superdensa e correção quântica de erros. Embora a teoria da informação quântica comumente lide apenas com sistemas não-relativísticos, um tratamento relativístico é de grande interesse não apenas para a completeza lógica da teoria, como também para o desenvolvimento de novas limitações e efeitos físicos que surgem quando há movimento relativo entre as partes que trocam informação. Além disso, um entendimento mais profundo da extensão relativística da teoria da informação quântica pode ajudar a esclarecer problemas conceituais importantes, como o paradoxo da perda de informação em buracos negros. Do ponto de vista prático, foi proposto, recentemente, um experimento para o qual essa formulação estendida pode ser significativa. Ele consiste na transmissão de fótons emaranhados pelo espaço livre, entre estações terrestres e satélites em órbita, com o bjetivo de testar a mecânica quântica para grandes distâncias e, sobretudo, dar or primeiros passos rumo à implementação de protocolos de informação quântica em escala global. Nesta tese , apresentamos alguns dos resultados seminais da incipiente teoria relativística da informação quântica e acrescentamos duas contribuições originais: estudamos como a relatividade afeta as correlações entre as polarizações de um par de fótons emaranhados, analisando, para isso, as desigualdades de Bell quando um detector move-se em relação ao outro (como será o caso nos experimentos envolvendo satélites em órbita), e analisamos o limite de Holevo para investigar sistemas de comunicação quando há movimento relativo entre o emissor e o receptor de uma mensagem clássica enviada por um canal quântico