Kvantová distribuce klíče s polarizačně kódovaným slabým signálem

Jiří FADRNÝ

Bachelor's thesis

Quantum key distribution using polarization encoded weak coherent states

Abstract:

Cílem této práce je vyvinout základ systému pro kvantovou distribuci klíče. Kvantová distribuce klíče nám umožňuje generovat a přenášet tajný klíč, přičemž je schopna odhalit jakýkoli pokus o jeho odposlech dříve, než je použit pro šifrování zpráv. Navrhnul jsem a postavil experimentální realizaci dvoustavového B92 protokolu pro kvantový přenos klíče, kterou lze snadno rozšířit pro potřeby pokročilejších vícestavových protokolů včetně těch používající takzvané decoy stavy. Moje realizace je založena na polarizačním kódování zeslabených koherentních pulzů produkovaných polarizačně filtrovanou luminiscenční diodou, která je řízena několika stovkami nanosekund dlouhými elektronickými pulzy produkovanými mikrokontrolerem. Dále jsem vyvinul program pro řízení experimentu, extrakci klíče a vyhodnocování chybovosti přenosu. Demonstroval jsem kvantový přenos klíče ve volném prostoru na krátkou vzdálenost s opakovací frekvencí hodin 2,3 MHz, rychlostí generace klíče 170 kHz při pravděpodobnosti chyby 0,8\%. Další práce bude zaměřena na zlepšení rychlosti a bezpečnosti přenosu klíče a jeho aplikaci v realistických kvantových kanálech.

Abstract:

The goal of the Thesis is to develop a core of quantum key distribution system. Quantum key distribution allows for generation and transmission of a secret key, where any eavesdropping attempt is revealed before the key is used to transmit an actual message. I have designed and developed an experimental implementation of two-state B92 quantum key distribution protocol, which can readily be extended to more advanced multi-state protocols even including decoy states. The implementation is based on polarization encoded weak coherent states generated by polarization filtered luminescent diodes controlled by a few hundred nanosecond electronic pulses produced by a microcontroller. I have also developed software for controlling the experiment, extraction of raw key, and evaluation of error rate. I have demonstrated quantum key distribution over short free-space channel with clock frequency of 2.3 MHz, key rate of 170 kHz, and error probability of 0.8 %. The further work will be focused on improvement of the quality of quantum key distribution and its application to realistic quantum channels.

Keywords

Kvantová distribuce klíče, protokol, přenos klíče, kryptografie, B92.

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 16. 5. 2018

Thesis defence

• Supervisor: Mgr. Martina Nováková, Ph.D.

PALACKÝ UNIVERSITY OLOMOUC

Faculty of Science

Bachelor programme / field:
Physics / Optics and Optoelectronics