Προπτυχιακές Σπουδές

Ανάπτυξη αλγορίθμου αντιστάθμισης/σταθεροποίησης της πόλωσης για εφαρμογή σε πρωτόκολλα κβαντικού διαμοιρασμού κλειδιού σε οπτική ίνα
Διπλωματική Εργασία

---

Περιγραφή

Οι εξελίξεις στην κβαντική τεχνολογία πληροφορίας και επικοινωνιών έχουν ανοίξει το δρόμο για μια νέα εποχή εξαιρετικά γρήγορων και ασφαλών δικτύων. Καθώς η έννοια της κβαντικής υπεροχής διαφαίνεται στον ορίζοντα, τα παραδοσιακά συστήματα κρυπτογράφησης γίνονται όλο και πιο ευάλωτα και σύντομα ενδέχεται να θεωρηθούν απαρχαιωμένα. Ως απάντηση, ο διαμοιρασμός κβαντικού κλειδιού (Quantum Key Distribution) έχει αναδειχθεί ως μια λύση αιχμής για ασφαλή ανταλλαγή κλειδιών, αντιμετωπίζοντας τους περιορισμούς των συμβατικών μεθόδων κρυπτογράφησης. Το QKD χρησιμοποιεί τις αρχές της κβαντικής φυσικής για τη δημιουργία ασφαλών κλειδιών, προσφέροντας απαράμιλλη ασφάλεια ακόμη και ενόψει πιθανών κβαντικών επιθέσεων. Αυτή η νέα προσέγγιση στην κρυπτογράφηση αναμένεται να παρέχει ισχυρή ασφάλεια για μελλοντικά συστήματα επικοινωνίας σε διάφορους κλάδους. Στον τομέα του QKD, όπου μοναδικά φωτόνια μεταδίδονται μέσω δικτύων οπτικών ινών, η παρουσία μη ιδανικών οπτικών εξαρτημάτων και οι ατέλειες στην υλοποίηση μπορεί να δημιουργήσουν «παραθυράκια» που θα επέτρεπαν σε έναν χάκερ να παραβιάσει την ασφαλή διανομή του κλειδιού (loopholes). Πολλά πρωτόκολλα QKD διακριτών μεταβλητών χρησιμοποιούν την πόλωση ως κωδικοποίηση πληροφορίας σε μοναδικά φωτόνια. Ως αποτέλεσμα, η απόδοση των συστημάτων QKD που κωδικοποιούν την πληροφορία στον βαθμό ελευθερίας της πόλωση του φωτονίου μπορεί να διακυβευτεί σημαντικά λόγω της ολίσθησης της πόλωσης καθώς διαδίδεται μέσα στην οπτική ίνα, η οποία προέρχεται από περιβαλλοντικούς παράγοντες όπως οι διακυμάνσεις της θερμοκρασίας και η μηχανική καταπόνηση της οπτική ίνα. Αυτή η διατριβή στοχεύει να αντιμετωπίσει αυτό το κρίσιμο ζήτημα αναπτύσσοντας έναν αλγόριθμο που θα μπορεί να αντισταθμίσει με ακρίβεια την ολίσθηση της πόλωσης σε πραγματικό χρόνο. Ο προτεινόμενος αλγόριθμος θα αναλύει και θα ερμηνεύει τις μετρούμενες καταστάσεις πόλωσης, προσαρμόζοντας τις παραμέτρους κωδικοποίησης για να διατηρήσει αξιόπιστη και ασφαλή τη μετάδοση της κβαντικής πληροφορίας.

The advancements in quantum information and communication technology have paved the way for a new era of ultrafast and highly secure networks. As the concept of quantum supremacy looms on the horizon, traditional encryption systems are becoming increasingly vulnerable and may soon be considered obsolete. In response, Quantum Key Distribution (QKD) has emerged as a cutting-edge solution for secure key exchange, addressing the limitations of conventional encryption methods. QKD utilizes quantum principles to establish secure keys, offering unparalleled security even in the face of potential quantum attacks. This novel approach to encryption is expected to provide robust security for future communication systems across various industries. In the field of QKD, where single photons are transmitted through fiber networks, the presence of non-ideal optical components and implementation imperfections can introduce security vulnerabilities. Many Discrete Variable (DV) QKD protocols utilize polarization as the basis for encoding information in single photons. As a result, the performance of fiber-based polarization-encoding QKD systems can be significantly compromised due to polarization drift, which stems from environmental factors like temperature fluctuations and mechanical stress on the optical fiber. This thesis aims to address this critical issue by developing an algorithm that can accurately compensate for polarization drift in real-time. The proposed algorithm will analyze and interpret the measured polarization states, adaptively adjusting the encoding parameters to maintain reliable and secure transmission of quantum information.

Αντικείμενο: Υλοποίηση αλγορίθμου σε προγραμματιστικό περιβάλλον Python που θα συνδέει το λογισμικό των ανιχνευτών μοναδικών φωτονίων με εκείνο ενός αυτόματου/programmable Polarization controller για τον ελεγχο σε πραγματικό χρόνο της πόλωσης.

Ελάχιστος χρόνος εκπόνησης της εργασίας: 6 μήνες.

Χρήσιμες Γνώσεις:

• Εξοικείωση με τη γλώσσα προγραμματισμού Python και βασικών βιβλιοθηκών (numpy,pandas)
• Αρχές Φωτονικής Τεχνολογίας

Επικοινωνία:
Γιαννούλης Ιωάννης, Μεταδιδακτορικός Ερευνητής, jgiannou@mail.ntua.gr
Στάθης Αριστείδης, Μεταδιδακτιρικός Ερευνητής, stathisaris@mail.ntua.gr
Ντάνος Αργύρης, Υποψήφιος Διδάκτωρ, ntanosargiris@mail.ntua.gr