Loading...

Optical Injection Phase-Locked Loop Application in Continuous-variable Quantum Key Distributions

Khaksar, Zeinab Sadat | 2023

0 Viewed
  1. Type of Document: Ph.D. Dissertation
  2. Language: Farsi
  3. Document No: 57045 (04)
  4. University: Sharif University of Technology
  5. Department: Physics
  6. Advisor(s): Bahrampour, Alireza
  7. Abstract:
  8. The primary objective of this thesis is to provide solutions addressing some security loopholes in continuous variables quantum key distribution protocols. The coherent detection method is utilized in this particular quantum key distribution scheme, which is a phase-sensitive detection. To measure in the quantum noise limit in the detection part, we need a local optical oscillator, which must possess a high intensity and a consistent phase correlation with the quantum signal. Therefore, reconstructing the emitter’s reference phase in the receiver’s detection system is considered as one of the most critical challenges in these protocols. In order to attain this goal, in the early versions of these protocols, the quantum and phase reference signals were produced from the same laser and sent by the emitter. Nevertheless, the high intensity of the classical reference signal not only introduces structural complexities to these protocols but also poses a significant risk to their security. By reporting several attacks on these protocols due to in-line high-intensity local oscillators, some researchers suggested locally estimating the phase reference of the carrier signal at the receiver using phase estimation algorithms and without sending the high classical intensity signal. Despite removing the problems caused by sending the carrier signal, this method introduced additional computational complexity and noise into the system. In this thesis, firstly, we made an attempt to minimize the changes in the laser parameters due to temperature changes as the emitter source of information by conducting an analytical investigation into the temperature distribution and control in semiconductor lasers. Specifically, we explore the efficacy of the Peltier cooler, to reduce the imposed noise on the system. In the second step, we proposed the optical injection phase-locked loop method to reconstruct the reference signal in the detection system. At this stage, we showed that this method has a significant role in reducing noise and increasing the quantum key distribution range. In the third phase, a QKD protocol was suggested to transmit quantum and classical signals concurrently. The proposed methodology incorporates the utilization of the reference signal alongside carrier reconstruction to transmit the classical binary phase-shift keying modulated information
  9. Keywords:
  10. Cooler Thermoelectrics ; Wavelets ; Gaussian Modulated Coherent State-Continuous Variable Quantum Key Distribution (GMSC-CV-QKD) ; Distributed Bragg Reflector (DBR)Laser ; Optical Phase-Locked Loop (OPLL) ; Optical Injection-Phase Locked Loop (OIPLL) ; Binary Phase Shift Keying (BPSK) ; Simultaneous Quantum and Classical Communication (SQCC)Protocol

 Digital Object List

 Bookmark

  • مقدمه
    • توزیع کلید کوانتومی
  • مفاهیم اولیه
    • متغیرهای پیوسته
    • حالت‌های گاوسی
      • حالت همدوس
      • حالت‌های چلانده‌ی تک و دو مدی
      • حالت حرارتی
    • کانال کوانتومی گاوسی
      • شکافنده‌ی باریکه
      • تغییردهنده‌ی فاز
    • نظر‌یه‌ی اطلاعات
      • آنتروپی شنون و وان نویمن
      • اطلاعات متقابل
      • ظرفیت یک کانال گاوسی
      • حد هلوو
    • قضیه تکثیرناپذیری
    • درهم‌تنیدگی حالت‌های گاوسی
    • آشکارسازی همدوس
    • نویز کوانتومی در تقویت‌کننده‌ی خطی
  • توزیع کلید کوانتومی با متغیرهای پیوسته
    • توزیع کلید کوانتومی متغیر پیوسته
      • رمزنگاری اطلاعات، آماده‌سازی حالت‌ها و ارسال آن‌ها
      • آشکارسازی حالت‌ها
      • ساخت کلید امن مشترک
    • انواع توزیع کلید کوانتومی متغیر پیوسته بر اساس حالت‌های کوانتومی مورد استفاده برای رمزنگاری کوانتومی
      • توزیع کلید کوانتومی متغیر پیوسته با حالت‌های چلانده
      • توزیع کلید کوانتومی متغیر پیوسته با حالت همدوس با مدولاسیون گاوسی
      • توزیع کلید کوانتومی متغیر پیوسته با حالت‌های حرارتی
    • بررسی امنیت در پروتکل توزیع کلید کوانتومی متغیر پیوسته و نرخ کلید امن
      • حمله‌ی انفرادی
      • حمله‌ی جمعی
      • حمله‌ی همدوس
      • حمله‌های جانبی
    • اهمیت نوسانگر محلی در پروتکل‌های توزیع کلید کوانتومی متغیر پیوسته و حفره‌های امنیتی ناشی از ارسال آن
      • حمله‌ی جانبی به توزیع کلید کوانتومی متغیر پیوسته به‌دلیل وابستگی ضریب انتقال شکافنده‌ی باریکه‌‌ی باب به طول موج
      • حمله‌ی جانبی به توزیع کلید کوانتومی متغیر پیوسته با سوء استفاده از افت و خیز نوسانگر محلی
      • تنظیم نوسانگر محلی توسط ایو واختلال در تولید ساعت
      • حمله‌ی جانبی به توزیع کلید کوانتومی متغیر پیوسته با اشباع آشکارساز
    • ساخت نوسانگر محلی در محل گیرنده
      • نوسانگر محلی حقیقی
      • نویز و افت در پروتکل توزیع کلید کوانتومی متغیر پیوسته با نوسانگر واقعاً محلی
      • امنیت و حمله‌های جانبی به پروتکل‌های توزیع کلید کوانتومی با متغیر پیوسته با نوسانگر واقعاً محلی
  • کنترل دما در لیزرهای تنظیم‌پذیر با منعکس‌کننده‌ی توزیعی برگ
    • جبران‌کننده‌ی تغییر دما
      • معادلات حاکم
    • بررسی جریان تزریقی به لیزر برای رسیدن به کوتاه‌ترین زمان ممکن برای سوییچ کردن میان طول موج‌ها از دیدگاه کنترل بهینه
    • توزیع دما در سیستم لیزر نیمه رسانا و سردکننده‌ی پلتیر
      • اثر پلتیر
      • بررسی توزیع دما مربوط به سیستم لیزر SG-DBR به همراه TEC
      • بررسی تحلیلی انتقال حرارت در سیستم لیزر و TEC
      • سیستم لیزر و سردکننده‌ی ترموالکتریک
      • روشی ساده برای تخمین دمای میانگین لیزر و دمای قسمت سرد TEC
  • روش‌های همگام‌سازی فاز و فرکانس دو لیزر
    • مقدّمه
    • قفل‌شدگی تزریق نوری
    • حلقه‌ی قفل-فاز‌ نوری
    • حلقه‌ی قفل-فاز به‌همراه تزریق نوری
      • معادلات آهنگ لیزر در حضور حلقه‌ی OIPLL
      • پاسخ حالت ماندگار
      • پهنای قفل‌شدگی
      • بررسی نویز‌ در لیزر تحت OIPLL با در نظر گرفتن مدل لانژون
    • مقایسه‌ی روش حلقه‌ی قفل فاز- تزریق نوری با تقویت کننده‌ی کوانتومی خطی
  • بازسازی حامل با روش حلقه‌ی قفل فاز-تزریق نوری در پروتکل‌های توزیع کلید کوانتومی متغیر پیوسته
    • مقدّمه
    • پروتکل اول: توزیع کلید کوانتومی متغیر پیوسته با نوسانگر محلی واقعی باز تولید شده با روش حلقه‌ی قفل فاز-تزریق نوری
      • چیدمان پیشنهاد شده
      • مقایسه میان پروتکل‌های توزیع کلید متغیر پیوسته با نوسانگر واقعاً محلی تولید شده با استفاده از روش تخمین فاز و روش حلقه‌ی قفل‌ فاز-تزریق نوری
      • تأثیر دامنه‌ی پالس مرجع و مدولاسیون آلیس بر روی نویز‌ تحمیل ‌شده بر سیستم و نرخ کلید امن
      • بررسی امنیت در پروتکل‌های توزیع کلید متغیر پیوسته با نوسانگر محلی بازتولید شده با روش قفل فاز-تزریق نوری
    • پروتکل دوم: ارسال هم‌زمان اطلاعات کلاسیک و کوانتومی با استفاده از توزیع کلید کوانتومی متغیر پیوسته با نوسانگر محلی باز تولید شده با روش حلقه‌ی قفل فاز-تزریق نوری
      • چیدمان و نحوه‌ی عملکرد طرح پیشنهاد شده
      • مدل نظری پروتکل ارسال هم‌زمان اطلاعات کلاسیک و کوانتومی
  • نتیجه گیری
  • مراجع
    • بیشینه شدن آنتروپی به ازا توزیع گاوسی
    • نظریه‌ی کوانتومی لیزر و معادلات آهنگ
    • چگالی طیفی توان نویزهای لانژون
...see more