Kvantové optické komunikace a sítě

Předmět není vypsán Nerozvrhuje se

Kód	Zakončení	Kredity	Rozsah	Jazyk výuky
QNI-KOS	Z,ZK	6	2P+2C	anglicky

Garant předmětu:

Přednášející:

Cvičící:

Předmět zajišťuje:

katedra počítačových systémů

Anotace:

The course focuses on the basic principles and technologies for building and using quantum networks. Students will learn about the key components of quantum networks, including quantum repeaters, routers and switches, and their role in creating a scalable quantum Internet. Emphasis will be placed on quantum cryptography systems. Students will also learn the fundamentals of optics, optical networks, and classical cryptography as they relate to quantum key distribution (QKD) and quantum networks. The course will cover types and architectures of QKD systems (including practical implementation of quantum protocols) according to international standards, key generation and distribution in these systems, and integration of QKD with classical communication systems. Students will also have the opportunity to explore satellite and FSO QKD systems and integrated quantum photonics and electronics.

Požadavky:

Osnova přednášek:

1.Úvod do optických komunikací.

2.Kvantový internet.

3.Základy klasické praktické kryptografie.

4.Technologické prvky pro kvantové sítě.

5.Základy principy funkce systémů kvantového přenosu klíče.

6.Protokoly s přípravou kvantového stavu a jeho následným měřením.

7.Protokoly CV, MDI a s provázáním: varianty a výkonnostní parametry.

8.Architektura a topologie sítí určených pro přenos kvantového klíče.

9.Základy optického přenosu dat volných prostorem (Free space optics, FSO).

10.Systémy kvantového přenosu volným prostorem pozemní a satelitní způsoby přenosu, vlivy atmosféry, konfigurace.

11.Bezpečnost systémů a sítí kvantového přenosu klíče.

12.Základy integrované optiky.

13.Integrované optické komponenty pro kvantovou éru a jejich parametry.

Osnova cvičení:

1. Výpočet parametrů optické vláknové trasy. Ukázka optických vláknových telekomunikačních systémů. Měření optických vláknových tras a důležitost parametrů pro optický kvantový přenosu.

2. Praktická měření v IP sítích a ukázka směrování.

3. Praktická ukázka přenosu dat pomocí šifrované komunikace, ukázka PKI, generování klíčů.

4. Měření optických komponent. Optický vazební článek. Polarizační rozbočovače, interferometry. Porušení Bell nerovnosti.

5. Základní experimenty s protokolem BB84

6. Simulace protokolů pro kvantovou distribuci klíče.

7. Měření na reálném QKD systém - sifting .

8. Měření na reálném QKD systému - ER a PA

9. FSO měření sestavení a nasměrování FSO spoje, měření přenosu komunikačních FSO parametrů

10. FSO měření - Hong-Ou-Mandel interferometer - demonstrace 2-fotonové interference.

11. FSO měření přenosu QKD

12. Návrh optických planárních vlnovodů a planárních struktur. Exkurze do laboratoře nanoelektronických technologií - depozice atomárních vrstev (ALD), hluboké reaktivní iontové leptání (DRIE), litografie s přímým zápisem.

13. Simulace polovodičových laserů na bázi nanodrátů pomocí systému Silvaco TCAD. Simulace diody PN a lavinové fotodiody. Kvantové simulace nanostruktur: porovnání energetických stavů a vlnových funkcí atomů a kvantových teček různých tvarů a rozměrů."Není dosud vyplněno.

Cíle studia:

Studijní materiály:

[1] Van Meter, R. (2014). Quantum Networking. ISTE Ltd and John Wiley & Sons, Inc.

[2] Musa, Sarhan M..Network Security and Cryptography, Mercury Learning & Information, 2022. ProQuest Ebook Central.

[3] Duarte, F. J.. Quantum Optics for Engineers : Quantum Entanglement, Taylor & Francis Group, 2024.

[4] Mehic, Miralem, et al. Quantum Key Distribution Networks : A Quality of Service Perspective, Springer International Publishing AG, 2022. ProQuest Ebook Central.

[5] Gjøsteen, Kristian. Practical Mathematical Cryptography, CRC Press LLC, 2022.

[6] Bertaccini, Massimo. Cryptography Algorithms : A Guide to Algorithms in Blockchain, Quantum Cryptography, Zero-Knowledge Protocols, and Homomorphic Encryption, Packt Publishing, Limited, 2022.

[7] Jogenfors, Jonathan. Breaking the Unbreakable : Exploiting Loopholes in Bell's Theorem to Hack Quantum Cryptography, Linkopings Universitet, 2017.

[8] Benslama, Malek, et al. Quantum Communications in New Telecommunications Systems, John Wiley & Sons, Incorporated, 2017.

[9] Lek, Kamol, and Naruemol Rajapakse. Cryptography : Protocols, Design, and Applications, Nova Science Publishers, Incorporated, 2012.

[10] Simon, David S., et al. Quantum Metrology, Imaging, and Communication, Springer International Publishing AG, 2016.

[11] Fox, Mark. Quantum Optics : An Introduction, Oxford University Press, Incorporated, 2006.

[12] Ciesla, Robert. Encryption for Organizations and Individuals : Basics of Contemporary and Quantum Cryptography, Apress L. P., 2020.

[13] Simon, David S., et al. Quantum Metrology, Imaging, and Communication, Springer International Publishing AG, 2016.

[14] Mishra, Vinod K.. An Introduction to Quantum Communication, Momentum Press, 2016.

[15] Superconducting Devices in Quantum Optics, edited by Robert Hadfield, and Göran Johansson, Springer International Publishing AG, 2016.

[16] Capmany, José, and Daniel Pérez. Programmable Integrated Photonics, Oxford University Press, Incorporated, 2020.

[17] Majumdar, Arun K.. Advanced Free Spac

Poznámka:

Informace o předmětu a výukové materiály naleznete na https://courses.fit.cvut.cz/QNI-KOS

Další informace:

https://courses.fit.cvut.cz/QNI-KOS

Pro tento předmět se rozvrh nepřipravuje

Předmět je součástí následujících studijních plánů:

Kvantová informatika (povinný předmět programu)