CBL - Campus del Baix Llobregat

Projecte llegit

Títol: Practical implementation of a continuous-variable quantum key distribution system

Director/a: TORRES GIL, SANTIAGO

Departament: FIS

Títol: Practical implementation of a continuous-variable quantum key distribution system

Data inici oferta: 02-10-2017 Data finalització oferta: 02-05-2018

Estudis d'assignació del projecte:

GR ENG SIS TELECOMUN

GR ENG SIST AEROESP

GR ENG TELEMÀTICA

Tipus: Individual

Lloc de realització: Fora UPC

Supervisor/a extern: Valerio Pruneri
Institució/Empresa: ICFO
Titulació del Director/a: ICREA Research Professor

Paraules clau:
Continuous-Variable Quantum Key Distribution

Descripció del contingut i pla d'activitats:
El trabajo consistirá en diseñar, estudiar y construir un enlace en espacio libre de corto alcance (10-100 metros) en el Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO) con el que se pondrán a prueba diferentes protocolos de criptografía segura usando tecnologías cuánticas. QKD usa la mecánica cuántica para garantizar una comunicación segura entre emisor y receptor. A pesar de que se han reportado multitud de experimentos y protocolos en fibra y en enlaces de largo alcance, incluso con satélites, la propuesta de esta tesis es pionera debido a la corta distancia (en espacio libre) entre el emisor y el receptor. En primer lugar, se estudiarán los distintos protocolos e implementaciones que se han hecho hasta el momento para enlaces en fibra y en espacio libre para larga distancia. Con dicho estudio, se compararán las ventajas e inconvenientes y se seleccionará la tecnología más robusta para las necesidades del nuevo enlace de corta distancia. Se consideraran protocolos tipo (i) BB84 con láseres atenuados (incluyendo decoy states para evitar ataques conocidos), comparando la implementación con polarización o fase, (ii) el SARG04 para evitar ataques conocidos debido a diferencias de eficiencia en los detectores de fotones, (iii) protocolos basados en entrelazamiento cuántico como el Ekert91 para construir protocolos conocidos como device-independent, que hacen las pruebas de seguridad mucho más fuertes, o (iv) un nuevo set de protocolos conocidos como measurement-device-independent (MDI), de los cuales ya existen demonstraciones en fibra pero no se conoce implementación en espacio libre. Una vez seleccionado el protocolo, procederemos con el montaje de un sistema que incluirá tanto los emisores y receptores, así como también el link real en espacio libre de entre 10 y 100 metros y el sistema de alineamiento. La implementación servirá como prueba de concepto, e incluirá tanto el desarrollo óptico como toda la parte de electrónica de modulación y detección. Una vez montado el sistema, se caracterizará y calibrará el experimento y se analizaran los datos para sacar los parámetros más relevantes en un enlace de QKD, como por ejemplo la tasa de error de bit cuántico (QBER) o la máxima distancia de propagación posible. Finalmente, se estudiarán las aplicaciones y ventajas que esta comunicación en espacio libre de corto alcance puede tener en comparación al enlace habitual hecho con fibra óptica.

Overview (resum en anglès):
Quantum key distribution with continuous variables (CV-QKD) enables two parties to share a secret key by using coherent states of light and homodyne detection. This can be carried out by employing low-cost and mature technology developed for telecommunications. It has been shown that at short distances, CV-QKD allows for higher bit rates than conventional discrete variable QKD protocols. Furthermore, CV-QKD could potentially be employed to build a link for secure communication between two parties inside a building or campus and potentially in satellite communications. In this work, we will direct efforts into developing a fiber-based, low-cost, robust, and high-bitrate CV-QKD link. The theoretical concepts, specifics of the QKD system subsequently put into practice in the implementation, have been detailed. Finally, interference experiments have been performed parallel to the proof-of-principle QKD system.