440-4205/01 – Kvantové komunikace a zpracování informace (KKZI)
| Garantující katedra | Katedra telekomunikační techniky | Kredity | 4 |
| Garant předmětu | doc. Ing. Jan Nedoma, Ph.D. | Garant verze předmětu | doc. Ing. Jan Nedoma, Ph.D. |
| Úroveň studia | pregraduální nebo graduální | Povinnost | volitelný odborný |
| Ročník | 2 | Semestr | letní |
| | Jazyk výuky | čeština |
| Rok zavedení | 2010/2011 | Rok zrušení | |
| Určeno pro fakulty | FEI | Určeno pro typy studia | navazující magisterské |
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).
Další studijní materiály
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
Podklady jsou dostupné v systému LMS nebo po dohodě s garantem předmětu.
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
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
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
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
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
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
Výskyt ve studijních plánech
Výskyt ve speciálních blocích
Hodnocení Výuky