440-4205/01 – Kvantové komunikace a zpracování informace (KKZI)

Garantující katedraKatedra telekomunikační technikyKredity4
Garant předmětuprof. RNDr. Vladimír Vašinek, CSc.Garant verze předmětuprof. RNDr. Vladimír Vašinek, CSc.
Úroveň studiapregraduální nebo graduálníPovinnostvolitelný odborný
Ročník2Semestrletní
Jazyk výukyčeština
Rok zavedení2010/2011Rok zrušení
Určeno pro fakultyFEIUrčeno pro typy studianavazující magisterské
Výuku zajišťuje
Os. čís.JménoCvičícíPřednášející
VAS40 prof. RNDr. Vladimír Vašinek, CSc.
Rozsah výuky pro formy studia
Forma studiaZp.zak.Rozsah
prezenční Zápočet a zkouška 2+2
kombinovaná Zápočet a zkouška 2+8

Cíle předmětu vyjádřené dosaženými dovednostmi a kompetencemi

Rozumět kvantovým optickým komunikacím a jejich odlišnostem od vláknových optických komunikací. Učební výstupy jsou stanoveny tak, aby studenti byli schopni identifikovat, aplikovat a řešit úlohy z oblasti kvantové komunikace a zpracování informace

Vyučovací metody

Přednášky
Cvičení (v učebně)
Experimentální práce v laboratoři

Anotace

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.

Povinná literatura:

S. Betti, G. Demarchis, E. Innone, Coherent Optical Communications Systéme, J. Wiley & Sons, 1995. G.P. Agrawal, Fiber-Optic Communication Systems, J. Wiley & Sons, 2002. H.-A. Bachor, T. C. Ralph, A Guide to Experiments in Quantum Optics, J. Wiley & Sons, 2004. E. Desurvire, Classical and Quantum Information Theory: An Introduction for the Telecom Scientist, Cambridge University Press, 2009.

Doporučená literatura:

N.J. Cerf; G. Leuchs; E.S. Polzik, Quantum Information with Continuous Variables of Atoms and Light, Imperial College Press, 2007. N. Gisin, G. Ribordy, W. Tittel, and H. Zbinden, Quantum cryptography, Rev. Mod. Phys. 74, 145 (2002).

Forma způsobu ověření studijních výsledků a další požadavky na studenta

Absolvování 1 testu za semestr Absolvování exkurze do leboratoří optiky na UP Olomouc

E-learning

Další požadavky na studenta

Podmínkou udělení zápočtu je odevzdání všech protokolů v laboratorním cvičení a úspěšné zvládnutí dvou testů ve cvičení.

Prerekvizity

Předmět nemá žádné prerekvizity.

Korekvizity

Předmět nemá žádné korekvizity.

Osnova předmětu

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 Cvičení: Předmět má pouze teoretická cvičení a 2 exkurze spojené s ukázkami experimentů

Podmínky absolvování předmětu

Prezenční forma (platnost od: 2011/2012 zimní semestr)
Název úlohyTyp úlohyMax. počet bodů
(akt. za podúlohy)
Min. počet bodů
Zápočet a zkouška Zápočet a zkouška 100 (100) 51
        Zápočet Zápočet 44  20
        Zkouška Zkouška 56  7
Rozsah povinné účasti:

Zobrazit historii

Výskyt ve studijních plánech

Akademický rokProgramObor/spec.Spec.FormaJazyk výuky Konz. stř.RočníkZLTyp povinnosti
2019/2020 (N2647) Informační a komunikační technologie (2601T013) Telekomunikační technika P čeština Ostrava 2 volitelný odborný stu. plán
2019/2020 (N2647) Informační a komunikační technologie (1801T064) Informační a komunikační bezpečnost P čeština Ostrava 2 volitelný odborný stu. plán
2019/2020 (N2647) Informační a komunikační technologie (2601T013) Telekomunikační technika K čeština Ostrava 2 volitelný odborný stu. plán
2019/2020 (N0612A140004) Informační a komunikační bezpečnost P čeština Ostrava 2 volitelný odborný stu. plán
2018/2019 (N2647) Informační a komunikační technologie (2601T013) Telekomunikační technika P čeština Ostrava 2 volitelný odborný stu. plán
2018/2019 (N2647) Informační a komunikační technologie (1801T064) Informační a komunikační bezpečnost P čeština Ostrava 2 volitelný odborný stu. plán
2018/2019 (N2647) Informační a komunikační technologie (2601T013) Telekomunikační technika K čeština Ostrava 2 volitelný odborný stu. plán
2017/2018 (N2647) Informační a komunikační technologie (2601T013) Telekomunikační technika P čeština Ostrava 2 volitelný odborný stu. plán
2017/2018 (N2647) Informační a komunikační technologie (2601T013) Telekomunikační technika K čeština Ostrava 2 volitelný odborný stu. plán
2017/2018 (N2647) Informační a komunikační technologie (1801T064) Informační a komunikační bezpečnost P čeština Ostrava 2 volitelný odborný stu. plán
2016/2017 (N2647) Informační a komunikační technologie (2601T013) Telekomunikační technika P čeština Ostrava 2 volitelný odborný stu. plán
2016/2017 (N2647) Informační a komunikační technologie (2601T013) Telekomunikační technika K čeština Ostrava 2 volitelný odborný stu. plán
2016/2017 (N2647) Informační a komunikační technologie (1801T064) Informační a komunikační bezpečnost P čeština Ostrava 2 volitelný odborný stu. plán
2015/2016 (N2647) Informační a komunikační technologie (2601T013) Telekomunikační technika P čeština Ostrava 2 volitelný odborný stu. plán
2015/2016 (N2647) Informační a komunikační technologie (2601T013) Telekomunikační technika K čeština Ostrava 2 volitelný odborný stu. plán
2014/2015 (N2647) Informační a komunikační technologie (2601T013) Telekomunikační technika P čeština Ostrava 2 volitelný odborný stu. plán
2014/2015 (N2647) Informační a komunikační technologie (2601T013) Telekomunikační technika K čeština Ostrava 2 volitelný odborný stu. plán
2013/2014 (N2647) Informační a komunikační technologie (2601T013) Telekomunikační technika P čeština Ostrava 2 volitelný odborný stu. plán
2013/2014 (N2647) Informační a komunikační technologie (2601T013) Telekomunikační technika K čeština Ostrava 2 volitelný odborný stu. plán
2012/2013 (N2647) Informační a komunikační technologie (2601T013) Telekomunikační technika P čeština Ostrava 2 volitelný odborný stu. plán
2012/2013 (N2647) Informační a komunikační technologie (2601T013) Telekomunikační technika K čeština Ostrava 2 volitelný odborný stu. plán
2011/2012 (N2647) Informační a komunikační technologie (2601T013) Telekomunikační technika P čeština Ostrava 2 volitelný odborný stu. plán
2011/2012 (N2647) Informační a komunikační technologie (2601T013) Telekomunikační technika K čeština Ostrava 2 volitelný odborný stu. plán
2010/2011 (N2647) Informační a komunikační technologie (2601T013) Telekomunikační technika P čeština Ostrava 2 volitelný odborný stu. plán
2010/2011 (N2647) Informační a komunikační technologie (2601T013) Telekomunikační technika K čeština Ostrava 2 volitelný odborný stu. plán

Výskyt ve speciálních blocích

Název blokuAkademický rokForma studiaJazyk výuky RočníkZLTyp blokuVlastník bloku