Kvantové komunikace a zpracování informace

Garant předmětu: prof. RNDr. Vladimr Vašínek, CSc.

Vedoucí výuky: prof. RNDr. Vladimr Vašínek, CSc.

 

Cílem předmětu je seznámit studenty se základními fyzikálními principy a experimentálními realizacemi moderních kvantových komunikačních technologií, speciálně kvantové distribuce klíče, jejíž bezpečnost je garantována zákony kvantové fyziky. Studenti si postupně osvojí základy koherentních optických komunikací a získají základy kvantové optiky. Tyto základy pak použijí k popisu kvantové distribuce klíče s homodynním a jednofotonovým detektorem. Na závěr studenti absolvují exkurzi na experimentálním pracovišti, kde mají možnost se seznámit s experimentálními realizacemi těchto nových komunikačních technologií.

 

Osnova předmětu

 

Přednášky:

1. Klasické koherentní optické komunikace

  • Amplitudová a fázová modulace laserového záření
  • Heterodynní a homodynní optický příjímač
  • Vliv přenosového kanálu na koherentní komunikace
  • Koherentní systémy využívající PSK, DPSK, ASK, FSK modulace
  • Vlivy přenosového kanálu na koherentní komunikace
  • Srovnání koherentních a nekoherentních optických komunikací

2. Kvantové stavy světla pro komunikační účely

  • Kvantový šum světla
  • Koherentní stavy světla a jejich detekce
  • Šíření koherentních stavů v komunikačním kanálu
  • Stlačené stavy světla, jejich generace, šíření a detekce
  • Jednofotonové stavy světla, jejich generace, šíření a detekce
  • Kvantové bity a kvantové spojité (analogové) signály

3. Kvantová komunikace s koherentním laserovým zářením a homodynní detekcí

  • Principiální schéma kvantové distribuce klíče s homodynním detektorem
  • Výpočet bezpečnosti
  • Protokol robustní vůči ztrátám, vliv elektronického šumu detektoru, šumu laseru a šumu v přenosovém kanálu
  • Protokoly se stlačenými a provázanými stavy světla
  • Kvantová teleportace, kvantové opakovače a kvantové sítě
  • Experimentální realizace

4. Kvantová komunikace s jednotlivými fotony a slabými koherentními stavy

  • Principiální schéma kvantové distribuce klíče s jednofotonovým detektorem
  • Výpočet bezpečnosti
  • Robustnost vůči ztrátám, vliv elektronického šumu detektoru, šumu laseru a šumu v přenosovém kanálu
  • Protokoly s provázanými stavy, test Bellových nerovností
  • Kvantová teleportace, kvantové opakovače a kvantové sítě
  • Experimentální realizace

5. Exkurse na katedře optiky a optoelektroniky PřF UP Olomouc (experimentální pracoviště kvantové komunikace a zpracování informace)

  • Experimentální realizace přípravy jednofotonových stavů
  • Experimentální realizace detekce jednofotonových stavů
  • Experimentální realizace homodynní detekce
  • Přenos jednotlivých fotonů optickými vlákny
  • Interference jednotlivých fotonů
  • Provázané stavy jednotlivých fotonů pro kvantovou komunikaci
  • Experimenty demonstrující kvantový přenos a zpracování

JoomShaper