[pt] COMUNICAÇÕES ÓPTICAS DE ESPAÇO LIVRE POR CONTAGEM DE FÓTONS PARA USO EM ENLACES ENTRE EMBARCAÇÕES E ESTAÇÕES COSTEIRAS

[en] FREE-SPACE PHOTON COUNTING OPTICAL COMMUNICATIONS FOR USE IN VESSEL-TO-SHORE LINKS

[pt] RAFAEL FREITAS BARBOSA

[pt] CRIPTOGRAFIA QUANTICA

[pt] COMUNICACAO NO INFRAVERMELHO

[pt] COMUNICACAO OPTICA EM ESPACO-LIVRE

[pt] SISTEMAS HIBRIDOS FIBRA-OPTICA-ESPACO-LIVRE

[pt] DISTRIBUICAO QUANTICA DE CHAVES

[en] QUANTUM CRYPTOGRAPHY

[en] INFRARED COMMUNICATION

[en] FREE-SPACE OPTICAL COMMUNICATION

[en] HYBRID FIBER-OPTIC-FREE-SPACE SYSTEMS

[en] QUANTUM KEY DISTRIBUTION

[pt] Este trabalho apresenta o estudo de comunicação óptica quântica no infravermelho, utilizando um sistema híbrido fibra-óptica – espaço-livre, como prova de princípio para o estabelecimento de chaves secretas a fim de utilização em criptografia do tipo one-time pad. Ao modular a polarização da luz de um laser em polarizações ortogonais, podem-se codificar os bits clássicos 1 e 0 em cada uma dessas polarizações, sendo detectadas por detectores contadores de fótons únicos, e, assim, utilizar o canal quântico para transmissão dos bits quânticos entre dois interlocutores, utilizandoos para o estabelecimento da chave criptográfica, que pode ser usada em qualquer tipo de informação a ser transmitida por um canal clássico ou quântico. Ao realizar a transmissão em espaço-livre, sujeita a variações climáticas, como temperatura atmosférica, luz solar, presença de nuvens, chuva e vento, foi também estudada a influência destes fenômenos na qualidade da transmissão e dos dados obtidos. Os resultados experimentais demonstraram consistência com a teoria e com outros trabalhos publicados na área até esta data com relação às taxas de erro de bit quântico e também à taxa de transmissão de bits. As taxas de erro obtidas, por estarem abaixo do limiar teórico para segurança da informação em comunicação quântica, provam, ainda, a possibilidade de estabelecimento de chave secreta para criptografia através do uso de distribuição quântica das chaves (QKD). Os resultados também apresentaram boa qualidade da informação recuperada após a descriptografia.

[en] This work presents the study of optical quantum communication in the infrared region, using a hybrid optical-fiber – free-space system, as proof of principle for the agreement on secret keys by two parties for use in one-time pad encryption. By modulating the polarization of laser light into orthogonal polarizations, one can encode the classic bits 1 and 0 in each of these polarizations, being detected by single photon counter detectors, and can use the quantum channel to transmit the quantum bits between two interlocutors. It is then possible to use those bits to establish the cryptographic key, which can be used in any type of information to be transmitted by a classic or quantum channel. While carrying out transmission in free space optics, subject to climatic variations, such as atmospheric temperature, sunlight, presence of clouds and rain, and the presence of wind, the influence of these phenomena on the quality of transmission and on the data obtained was also studied. The experimental results showed consistency with the theory and with other works published to date with regard to quantum bit error rates and to the bit rate. The error rates obtained, being below the theoretical threshold for information security in quantum communication, further proves the possibility of establishing a secret key for encryption through the use of quantum key distribution (QKD). It also presented good quality on the information recovered after decryption.

GUILHERME PENELLO TEMPORAO

GIANCARLO VILELA DE FARIA

GUILHERME PENELLO TEMPORAO

THIAGO BARBOSA DOS SANTOS GUERREIRO

2021-02-23

2020-03-06

[pt] TEXTO

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PORTUGUÊS

https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/colecao.php?strSecao=resultado&nrSeq=51547@1

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https://doi.org/10.17771/PUCRio.acad.51547