Μέθοδοι δημιουργίας και διανομής κβαντικού εναγκαλισμού για εφαρμογές σε κβαντικά δίκτυα

Τσελεπή, Βασιλική; Tselepi, Vasiliki

dc.contributor.author	Τσελεπή, Βασιλική	el
dc.contributor.author	Tselepi, Vasiliki	en
dc.date.accessioned	2022-05-25T11:47:25Z
dc.date.available	2022-05-25T11:47:25Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/55211
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.22909
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Μικροσυστήματα και Νανοδιατάξεις”	el
dc.rights	Default License
dc.subject	Κβαντικό διαδίκτυο	el
dc.subject	Kβαντικός εναγκαλισμός	el
dc.subject	Spontaneous Parametric Down Conversion (SPDC)	en
dc.subject	Wavelength Selective Switch (WSS)	en
dc.subject	Ανιχνευτές μοναδικών φωτονίων διόδου χιονοστιβάδας	el
dc.subject	Wavelength Selective Switch (WSS)	en
dc.subject	Quantum Internet	en
dc.subject	Single Photon Avalanche Photodiodes (SPADs)	en
dc.subject	Spontaneous Parametric Down Conversion (SPDC)	en
dc.subject	Quantum Entanglement	en
dc.title	Μέθοδοι δημιουργίας και διανομής κβαντικού εναγκαλισμού για εφαρμογές σε κβαντικά δίκτυα	el
heal.type	masterThesis
heal.secondaryTitle	Methods for entanglement generation and distribution for quantum networking	en
heal.classification	Physics	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2021-10-25
heal.abstract	Το κβαντικό διαδίκτυο (quantum internet), ένα δίκτυο αποτελούμενο από πολλούς απομακρυσμένους κβαντικούς επεξεργαστές πληροφορίας (quantum information processors) συνδεδεμένων μέσω κβαντικών καναλιών (σε συνεργασία με κλασικά) αποτελεί τη μεγάλη υπόσχεση της 2ης Κβαντικής Επανάστασης ανοίγοντας νέες δυνατότητες στους κλάδους της Υπολογιστικής (Computing) και των Επικοινωνιών (Communications). Η αξιοποίηση αυτής της τεχνολογίας θα δώσει τη δυνατότητα για ακόμη πιο ασφαλείς τρόπους επικοινωνίας (quantum-secured communication), για χρήση κβαντικών υπολογιστών στο cloud (quantum computing in the cloud), ενώ παράλληλα μπορεί να ενισχύσει εφαρμογές όπως το συγχρονισμό ρολογιών και την αξιόπιστη επιβεβαίωση τοποθεσίας (position verification). Στην πορεία αυτή, ο διαμοιρασμός εναγκαλισμού (entanglement distribution) αποτελεί μια σημαντική φάση για την ανάπτυξη του υποστρώματος του Κβαντικού Διαδικτύου. Στην παρούσα εργασία αναλύονται οι βασικές αρχές μεθόδων δημιουργίας εναγκαλισμένων φωτονίων στην πόλωση και στη συνέχεια περιγράφεται η γενική δομή ενός κβαντικού δικτύου. Η πιο διαδεδομένη μέθοδος παραγωγής εναγκαλισμένων ζευγών φωτονίων, η οποία περιγράφεται και αναλύεται στην εργασία αυτή είναι η Spontaneous Parametric Down Conversion (SPDC). Πρόκειται για ένα μη γραμμικό οπτικό φαινόμενο δεύτερης τάξης με αποδοτικότητα 4 ζευγών εναγκαλισμένων φωτονίων για 10^6 εισερχόμενα φωτόνια (για Periodically poled lithium niobate, PPLN κυματοδηγούς). Ακόμη εξετάζεται η θεωρητική υλοποίηση μιας διάταξης πολυπλεξίας μήκους κύματος, όπου τον ρόλο του πολυπλέκτη παίζει μια broadband πηγή παραγωγής εναγκαλισμένων φωτονίων στη πόλωση (PPLN κυματοδηγός) και ο αποπολυπλέκτης θα είναι ένας οπτικός μεταγωγέας μήκους κύματος Liquid Crystal on Silicon (LCoS) τεχνολογίας, όπου θα διαχωρίζονται τα φωτόνια ανάλογα με το μήκος κύματος τους και θα ανιχνεύονται από κυκλώματα βασισμένα σε ανιχνευτές μοναδικών φωτονίων και ηλεκτρονικά συγχρονισμού. Ο έλεγχος της αποτελεσματικότητας αυτής γίνεται με τον υπολογισμό της πιστότητας (fidelity) στο Mathematica. Η εισαγωγή διαδεδομένων οπτικών μεταγωγέων (WSS) στην προτεινόμενη διάταξη έχει σκοπό να αναδείξει το ζήτημα της αξιοποίησης ευρέως χρησιμοποιούμενου εξοπλισμού σε υφιστάμενα οπτικά δίκτυα και να ελεγχθεί εάν αυτός ο εξοπλισμός είναι συμβατός με την απαιτούμενη απόδοση των ευαίσθητων κβαντικών διατάξεων. Στο τελευταίο μέρος της εργασίας περιγράφεται η πειραματική διάταξη ανίχνευσης μοναδικών φωτονίων που υλοποιήθηκε στο Εργαστήριο Φωτονικών Επικοινωνιών (PCRL) και σχολιάζονται τα αποτελέσματα που προέκυψαν.	el
heal.abstract	Quantum internet, a network consisting of many remote quantum information processors connected via quantum channels (in collaboration with classical) is the great promise of the 2nd Quantum Revolution opening new possibilities in the fields of Computing and Communications. Utilizing this technology will enable even more secure ways of communication (quantum-secured communication), for the use of quantum computing in the cloud, while it can enhance applications such as clock synchronization and reliable confirmation location (position verification). In this process, entanglement distribution is an important phase in the development of the Quantum Internet substrate. This thesis analyzes the basic principles of methods for generating polarized entangled photons and then describes the general structure of a quantum network. The most common method of generating pairs of entangled photons, which is also discussed in this thesis, is the Spontaneous Parametric Down Conversion (SPDC). It is a second-order nonlinear optical phenomenon with a conversion efficiency of 4 pairs of entangled photons for 10^6 incoming photons (for Periodically poled lithium niobate, PPLN waveguides). The theoretical implementation of a wavelength multiplexing device is also being considered, where the role of the multiplexer is played by a broadband source of polarized entangled photons (PPLN waveguide) and the demultiplexer will be an optical wavelength selective switch of Liquid Crystal on Silicon (LCoS) technology, where the photons will be separated according to their wavelength and detected by circuits based on single photon detectors and electronic synchronization. The performance of this concept is evaluated by calculating the fidelity in Mathematica. The introduction of common wavelength selective switches (WSSs) in the proposed scheme aims to investigate if widely used practical equipment in existing optical infrastructure is compatible with the high demands of sensitive quantum networks. The last part of the thesis introduces preliminary measurements on the detection of single photons in the Photonic Communications Laboratory (PCRL) and discusses on the captured measurements.	en
heal.advisorName	Αβραμόπουλος, Ηρακλής	el
heal.committeeMemberName	Αβραμόπουλος, Ηρακλής	el
heal.committeeMemberName	Παναγόπουλος, Αθανάσιος	el
heal.committeeMemberName	Τσέτσερης, Λεωνίδας	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	100 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false