Contribuições as comunicações quanticas em redes opticas

Orientador: Rui Fragassi SouzaTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas. Faculdade de Engenharia Eletrica e de ComputaçãoResumo: Esta tese trata da comunicação quântica, interferométrica e polarimétrica, em redes ópticas. Inicialmente usa-se a discretização de modos contínuos e o operador de.Pegg­Barnett para a obtenção das funções densidade de probabilidade, do número de fótons e da fase, de um estado coerente, a partir da envoltória do campo. Estas são calculadas numericamente em uma simulação do tipo Monte Carlo. O método é usado na simulação do protocolo quanto-criptográfico BB84 em um interferômetro a fibra óptica. Em seguida, propomos um equalizador óptico, estrutura fisica e algoritmo de equalização, para corrigir a variação da polarização devido à propagação na fibra óptica. Defrnimos, também, o grau de pureza para estados quânticos e encontramos sua relação com os conceitos mais comuns da teoria quântica da informação, como entropia quântica, fidelidade e informação mútua. Completamos descrevendo os estados quânticos entrelaçados e as medidas de entrelaçamento. Por fim, apresentamos o ressonador não-linear a fibra, RNL, o acoplador não-linear a fibra, ANL, e o efeito de birrefringência em fibra no regime não-linear. Em particular, mostramos a possibilidade de controle e sincronização de RNLs usando controladores nebulosos, bem com a possibilidade de variação da curva de transmissividade do ANL com a variação do perfil da constante de acoplamento. Aproveitamos as características destes dispositivos em comunicações quânticasAbstract: This thesis deals with interferometric and polarimetric quantum communication in optical networks. We span from quantum optics till set ups of optical communications systems using non-linear optical devices, inc1uding the math behind the quantum information theory. We start using continuous mode discretization and the Pegg-Bamett phase operator in a method to obtain both the photon number and the phase probability density functions, of a coherent state, from the electric field envelope. Then, we apply the method in a simulation of the quantum-cryptographic protocol BB84, in a lossy and dispersive fibre interferometer. In continuation, an optical equaliser, with its structure and equalisation algorithm, is proposed in order to correct the scrambled polarisation due to the propagation in the fibre. After this, we define the degree of purity for quantum states, in a two-dimensional Hibert space, and we find out its relationship with the quantum entropy. Then, we attack the most common quantum information concepts as quantum distinguishability, fidelity and mutual information using the degree of purity. At last, we describe the quantum entanglement and the most common measure entanglement. Finally, we show, using numerical simulations, the behaviour of a non-linear fiber resonator, RNL, of a non-linear fibre coupler, ANL, and of the fibre birefringence effect in non-linear regime. In particular, we demonstrate the possibility of control and synchronization of RNLs with fuzzy controllers, as well as the possibility of changing the transmissivity curve of an ANL with the variation of its coupler coefficient profile. We apply those non-linear devices in quantum communications systemsDoutoradoDoutor em Engenharia Elétric