RESUMEN: Con el crecimiento continuo en la cantidad de información que se transmite a través de los medios disponibles actualmente, también se han incrementado la cantidad de ataques que buscan acceder a la información de forma fraudulenta. Debido a esto, personas, compañías y entidades que buscan proteger información valiosa se ven en la necesidad de buscar alternativas que permitan la manipulación segura de información confidencial. Con el propósito de contribuir a la solución de los problemas de seguridad y teniendo presente las capacidades y el gran desempeño que presentan los sistemas ópticos experimentales para la manipulación segura de la información, desde el campo de la óptica se han venido desarrollando investigaciones que tienen como finalidad el establecimiento de técnica, protocolos y esquemas ópticos que permitan generar sistemas de seguridad confiables y que puedan ser implementados en aplicaciones de seguridad. En este trabajo se realiza un estudio teórico-experimental con el propósito de desarrollar una arquitectura de encriptación óptica experimental, basada en un sistema JTC, que posea un solo brazo de iluminación. Este nuevo sistema de encriptación debe permitir la implementación de técnicas ópticas no lineales para la reducción de ruido y el uso de contenedores de información que permitan la manipulación de una gran cantidad de datos y una recuperación libre ruido. Además, se debe garantizar que el sistema desarrollado permite la implementación de ambientes multi-usuarios a partir de técnicas de múltiplexado, y procedimientos que permitan la reducción del volumen de la información procesada. Lo anterior permitirá desarrollar un sistema compacto, de bajo costo, más flexible y mucho más conveniente para 6 implementaciones encaminadas a la investigación básica, y además con mayor potencial para su aplicación en posibles futuras aplicaciones en el sector seguridad y afines.
RESUMEN: Con el crecimiento continuo en la cantidad de información que se transmite a través de los medios disponibles actualmente, también se han incrementado la cantidad de ataques que buscan acceder a la información de forma fraudulenta. Debido a esto, personas, compañías y entidades que buscan proteger información valiosa se ven en la necesidad de buscar alternativas que permitan la manipulación segura de información confidencial. Con el propósito de contribuir a la solución de los problemas de seguridad y teniendo presente las capacidades y el gran desempeño que presentan los sistemas ópticos experimentales para la manipulación segura de la información, desde el campo de la óptica se han venido desarrollando investigaciones que tienen como finalidad el establecimiento de técnica, protocolos y esquemas ópticos que permitan generar sistemas de seguridad confiables y que puedan ser implementados en aplicaciones de seguridad. En este trabajo se realiza un estudio teórico-experimental con el propósito de desarrollar una arquitectura de encriptación óptica experimental, basada en un sistema JTC, que posea un solo brazo de iluminación. Este nuevo sistema de encriptación debe permitir la implementación de técnicas ópticas no lineales para la reducción de ruido y el uso de contenedores de información que permitan la manipulación de una gran cantidad de datos y una recuperación libre ruido. Además, se debe garantizar que el sistema desarrollado permite la implementación de ambientes multi-usuarios a partir de técnicas de múltiplexado, y procedimientos que permitan la reducción del volumen de la información procesada. Lo anterior permitirá desarrollar un sistema compacto, de bajo costo, más flexible y mucho más conveniente para 6 implementaciones encaminadas a la investigación básica, y además con mayor potencial para su aplicación en posibles futuras aplicaciones en el sector seguridad y afines.
En esta contribución se discuten los avances más significativos en el campo de la encriptación de información mediante procesamiento óptico con énfasis en los adelantos en la reducción y la eliminación del ruido. Se hace la descripción teórica de un sistema de encriptación compacto y se presentan los resultados de su implementación experimental. Además, se demuestra que la inclusión de contenedores de información personalizados permite la protección de la información y su recuperación libre de ruido, evidenciando el potencial del sistema de seguridad compacto. Por último, se presentan las perspectivas en el área de investigación.
La presente tesis se enmarca en el ámbito de la óptica virtual.Como objetivo general, se busca optimizar los procesos involucrados en la transmisión de datos codificados en un canal de información clásico. Esto se refiere al proceso de encriptación aplicado a la información enviada, al proceso de desencriptación aplicado a la información codificada recibida y al proceso de transmisión de datos codificados por un canal de comunicación. Para cumplir esta tarea, el desarrollo de sistemas ópticos virtuales de encriptación permitirá “experimentar” y generar variaciones optimizadas de las técnicas conocidas de seguridad óptica. Esto conduce a la implementación digital de sistemas ópticos analógicos y asegurar su buen funcionamiento ejecutando los procesos concernientes a la validación de los modelos matemáticos computacionales [1.25]. Esto último implica verificar los resultados arrojados por el sistema óptico virtual comparando con resultados de algunas experiencias analógicas conocidas. Se espera de manera general que los resultados obtenidos aporten significativamente al área de la encriptación óptica perfeccionando la operatividad de los procesos ópticos aplicados en la protección de los datos.
En la actualidad las caminatas aleatorias han sido empleadas como herramientas
para el desarrollo de numerosos algoritmos. Sin embargo, una carencia
importante para la solucion de problemas radica en la falta de algoritmos que
exploten a su favor los fenomenos que la naturaleza a escalas atomicas presenta.
En este trabajo de tesis se estudia el analogo cuantico que presenta un
caminante al azar, conocido como caminata cuantica. Desde su propuesta, el
paradigma de las caminatas cuanticas ha despertado un considerable interes en
su estudio durante los ultimos anos, ya que, debido a los fenomenos de superposicion,
este grupo de caminata al azar se propagan con mayor rapidez que una
caminata clasica y por lo tanto se puede dar un recorrido espacial en un menor
numero de iteraciones que su contraparte clasica. Por lo anterior, del estudio
de caminatas cuanticas se espera un desempeno superior para el desarrollo de
algoritmos mas veloces.
La hipotesis que en este trabajo se plantea es que a traves del cambio y la
manipulacion en el uso de operadores y los estados iniciales, se generaran cambios
radicales en las distribuciones de los caminantes. Se esperan que al realizar
estos cambios en la densidad probabilidad de un caminante tengan aplicaciones
algoritmica en futuras investigaciones.
Debido a lo anterior esta tesis plantea como objetivo central el analisis de las
caminatas cuanticas, mostrando los cambios radicales que presentan las caminata
cuanticas en sus distribuciones de probabilidad, ademas de presentar una
idea basica de las posible forma de implementacion algoritmica de estas distribuciones.
Ademas reportamos nuevos resultados, hasta donde hemos investigado, en
relacion a la evolucion de las caminatas cuanticas para monedas en altas dimensiones
considerando estados maximamente enlazados y el operador de Grover.
Otros objetivos que se establecen, es dar una motivacion para realizar estudios
en el sentido de la computacion cuantica. Ademas de explicar los fenomenos
que se presentan a escalas atomicas, que son los que ayudan a potencializar el
desempeno de los algoritmos y la caminata cuanticas.
Las redes ópticas con capacidades del orden de los terabits por segundo permiten brindar múltiples servicios a los usuarios, por lo cual se han convertido en la columna vertebral de los sistemas de telecomunicaciones modernos y deben garantizar y preservar la confidencialidad, disponibilidad e integridad de los datos, es decir, la seguridad, ya que soportan un gran flujo de información, en su mayoría de carácter personal y privado. En lo referente a la confidencialidad se ha encontrado que gran parte de los esquemas convencionales de cifrado pueden ser bastante vulnerables ante los avances en computación cuántica, en consecuencia se da la aparición de nuevos métodos y esquemas basados en las potencialidades del mundo cuántico. Con base al nuevo enfoque en la seguridad de los sistemas, este trabajo de investigación considera la descripción de un sistema de distribución de clave cuántica basado en la codificación en dos bases mutuamente imparciales utilizando la coherencia temporal de una fuente de luz, introduciendo un retardo óptico mayor que el tiempo de coherencia de la fuente, entre los trenes de ondas emitidos y los modos de momento angular orbital descritos por el término de fase , de modo que se logra una mayor capacidad de bits por fotón frente a esquemas convencionales y se obtiene una mayor resistencia contra los ataques por interceptación de canal por parte del sistema como se evidencia en los resultados obtenidos en simulación mediante el método de Montecarlo. Adicionalmente, se presentan los resultados experimentales asociados a algunos de los principales componentes del sistema de comunicación propuesto como punto de partida para una futura implementación. * Trabajo de maestría. ** Facultad de ingeniería Físico-Mecánicas. Escuela de Eléctrica, Electrónica y de Telecomunicaciones. Maestría en Ingeniería de Telecomunicaciones. Director: Ernesto Aguilera Bermúdez, Ph.D. en Ingeniería. Co-director: Yezid Torres Moreno, Dr. Óptica y procesamiento de
Una vez expuestos en un artículo previo, los principios físicos fundamentales en los que se basa el comportamiento de los dispositivos ópticos biestables, sólo resta ya dar una breve síntesis de cuales pueden ser las aplicaciones de los mismos que se preven para un futuro próximo. Es muy posible también que algunas realizaciones futuras no hayan sido aún previstas. Pero lo que sí es seguro es que, a pesar de todo, su estudio merece una especial atención. Ello se debe, en particular, a dos hechos fundamentales. Por una parte, el que desde un punto de vista práctico es más fundamental, es el de su posible empleo en campos como las comunicaciones ópticas o los ordenadores fotónicos, temas ambos que, en este artículo, merecerán una especial atención, y que constituyen objeto central de investigación y desarrollo en todo momento. El segundo es que la biestabilidad óptica es un terreno absolutamente favorable para el estudio de los fenómenos en sistemas fuera del equilibrio. Un tema en particular, el del caos, ha visto en los últimos dos años un renacido interés gracias al conjunto de nuevos datos que ha aportado la B.O. Aunque en este artículo este último tema no será tratado ya que necesitaría uno sólo para él, nos parece importante sacarle al menos la luz.
En esta tesis se presentan los resultados de una serie de experimentos opticos en los que se ejecutan algoritmos de comunicaciones cuanticas para realizar Distribucion Cuantica de Claves(DCC) criptograficas con estados coherentes de muy baja intensidad. Especificamente, se estudia la implementacion de esquemas practicos y robustos de DCC, con especial interes en sistemas basados en fibra optica. A diferencia de las comunicaciones por aire, este medio permite transmitir estados cuanticos con bajisimas atenuaciones y minimas perturbaciones externas, utilizando instrumental comercialmente disponible y de bajo costo, incluso para distancias de decenas de kilometros. Los protocolos de DCC estudiados codifican informacion clasica (bits) en estados cuanticos preparados sobre distintos grados de libertad discretos de sistemas fisicos. En el trabajo se exploran implementaciones que explotan la polarizacion y los modos temporales discretos de luz (time-bin). En ambos casos, fue necesario desarrollar y familiarizarse con tecnologias especificas para la preparacion, transmision y deteccion de dichos estados cuanticos. El problema de transmitir estados cuanticos en fibra de forma eficiente y robusta se ataco con dos estrategias. Por un lado, utilizando el grado de libertad de polarizacion y, por otro, modos temporales discretos de luz. En el primer caso, se codificaron los estados en el grado de libertad de polarizacion, que es facilmente accesible. Sin embargo, este es muy sensible a perturbaciones, por lo que para asegurar la robustez se incorporo un sistema de estabilizacion activa del Estado de Polarizacion(SOP, por su sigla en ingles). Con este esquema se implementaron dos variantes de un protocolo clasico de DCC, llamado BB84, utilizando la polarizacion de pulsos de luz para codificar los estados cuanticos. Esto requirio el desarrollo de una fuente de pulsos tenues de luz basada en un laser DFB en el rango de las telecomunicaciones, con un modulador de intensidad externo por electroabsorcion. Se diseno un sistema de estabilizacion de la polarizacion robusto que permite compensar de forma automatica las perturbaciones que genera la birrefringencia de la fibra sobre el estado de polarizacion. El sistema esta basado en controladores de polarizacion comerciales y electronica de control disenada especificamente, y puede ser adaptado facilmente a cualquier protocolo de comunicacion por fibra. En este sentido, se realizo una implementacion del protocolo BB84 y una variante llamada BB84E, que requiere la utilizacion de los seis estados de un conjunto completo de bases mutuamente no sesgadas para la polarizacion. En el segundo caso, se ensayo una codificacion mas sofisticada y resistente a perturbaciones, que implico enfrentar una serie de desafios tecnologicos, pero que se presenta como una alternativa practica y escalable en distancia de transmision y velocidad. Se propuso un esquema hibrido de DCC basado en un protocolo de referencia de fase distribuida con comunicacion bidireccional (Plug & Play), ambas tecnologias desarrolladas para trabajar especificamente en fibra optica, en un esquema con economia de recursos y distribucion tipo servidor-cliente. Asi, se obtuvo una configuracion en donde tanto el instrumental como las operaciones sobre los estados mas sensibles del protocolo se encuentran concentradas en una de las partes (servidor), mientras que los requerimientos sobre la otra parte involucrada en la comunicacion son minimos. Esta alternativa combina diferentes caracteristicas deseables en una implementacion practica de DCC, como la simplicidad y la robustez. El esquema propuesto codifica estados cuanticos en modos temporales discretos de luz. Esto requirio el desarrollo de dispositivos especificos para preparar y medir estos estados, basados en interferometros de fibra optica que no demanden estabilizacion activa. Otra de las premisas fue la independencia de funcionamiento del estado de polarizacion, que se logra a partir de la incorporacion de rotadores de Faraday en diferentes partes del esquema empleado. Por ultimo, debido al tipo de codificacion y al sistema de sincronizacion utilizados, este esquema es adaptable a tasas de transmision en el rango de los MHz. De los experimentos de DCC mencionados se desprenden una serie de desarrollos y pruebas de laboratorio adicionales, que son relevantes por si mismos. Entre ellos figuran la estabilizacion activa de interferometros de Mach-Zehnder en fibra y el estudio de esquemas experimentales alternativos para el protocolo hibrido de DCC propuesto. Tambien se puede destacar la puesta a punto de un prototipo autonomo de DCC en aire y su adaptacion para obtener un protocolo que distingue mezclas computables (pseudoaleatorias) de estados cuanticos. Este es un tema de interes para el procesamiento cuantico de la informacion en general. Las tecnicas abordadas y el know-how adquirido permiten entender y superar distintos problemas particulares de la utilizacion de estados cuanticos en comunicaciones por fibra optica. Ademas, estos desarrollos tienen la capacidad de ser empleados tanto en ensayos de DCC que excedan el ambito del laboratorio, como en un contexto mas amplio que permita implementar otros protocolos de comunicacion cuantica usando fibras opticas de telecomunicaciones como canal cuantico.