FundaÃÃo de Amparo à Pesquisa do Estado do Cearà / Nesta dissertaÃÃo à realizado um estudo da polarizaÃÃo da luz e suas aplicaÃÃes em sistemas de comunicaÃÃes quÃnticas. Inicialmente, sÃo apresentadas as ferramentas matemÃticas necessÃrias ao tratamento da polarizaÃÃo da luz de fÃtons isolados e estados coerentes: matriz coerÃncia, parÃmetro de Stokes e grau de polarizaÃÃo. Em seguida à apresentada, atravÃs de simulaÃÃo numÃrica, a dinÃmica do grau de polarizaÃÃo da luz de um fÃton durante a propagaÃÃo em um canal despolarizador. Por fim, o resultado de um experimento usando estados coerentes, objetivando medir o grau de polarizaÃÃo da luz apÃs propagaÃÃo em um trecho de 200 m de fibra, à apresentado. O experimento à Ãtil para a determinaÃÃo do parÃmetro do modelo de canal despolarizador de qubits. Sendo a polarizaÃÃo da luz uma propriedade facilmente alterada por condiÃÃes ambientais, sÃo estudados os esquemas Ãpticos que, dentro de certas restriÃÃes, podem corrigir variaÃÃes aleatÃrias da polarizaÃÃo da luz durante a propagaÃÃo na fibra. Tais esquemas sÃo empregados como corretores de erros em sistemas de comunicaÃÃes quÃnticas. Baseados em esquemas de correÃÃo encontrados na literatura, foram propostos dois novos esquemas, um para a utilizaÃÃo em sistemas que empregam polarizaÃÃo de luz de fÃtons isolados e outro para sistemas que empregam polarizaÃÃo de estados coerentes bimodais, sendo o primeiro ativo, isto Ã, requer um protocolo de controle e sincronismo, e o segundo passivo. Por fim, à feita a anÃlise da seguranÃa de um sistema de distribuiÃÃo quÃntica de chaves, empregando o esquema proposto de correÃÃo de erros, quando o mesmo sofre o ataque de Fuchs-Peres-Brandt. à mostrado que a utilizaÃÃo do esquema de correÃÃo de erros proposto favorece a visibilidade da presenÃa de um espiÃo monitorando o canal quÃntico. / In this dissertation it is realized a study about quantum key distribution (QKD) in optical networks. Initially, a review of the theory of quantum key distribution and some of its implementations with strongly attenuated coherent states, as well a review of an optical system for physical encryptation using mesoscopic coherent states are realized. Following, it is analyzed the use of an error correction scheme in the physical encryptation system, and two new schemes for quantum key distribution are proposed. The first is a possible implementation of a hybrid system, that is, using weak and mesoscopic coherent states, for QKD and quantum authentication of classical messages. The second is an implementation of a QKD system based on relative phase modulation of sidebands frequency, using two RF carriers and an amplitude modulator in Alice and a phase modulator in Bob. After, an experimental realization of a simple QKD setup using polarization states of strongly attenuated coherent states for B92 protocol is presented. At last, it is realized an experimental characterization of an optical receiver for optical communication applications.

FundaÃÃo de Amparo à Pesquisa do Estado do Cearà / Nesta dissertaÃÃo à realizado um estudo sobre implementaÃÃes de distribuiÃÃo quÃntica de chaves (DQC) em redes Ãpticas. Inicialmente, à feita uma revisÃo da teoria da distribuiÃÃo quÃntica de chaves com fÃtons isolados e de algumas implementaÃÃes com estados coerentes fortemente atenuados, bem como a revisÃo de um sistema Ãptico para encriptaÃÃo fÃsica de mensagens utilizando estados coerentes mesoscÃpicos. Em seguida, à analisada a utilizaÃÃo de um sistema de correÃÃo de erros para o sistema de encriptaÃÃo fÃsica usando estados coerentes mesoscÃpicos, e sÃo propostos dois novos esquemas de distribuiÃÃo quÃntica de chaves. O primeiro à a possÃvel implementaÃÃo de um sistema hÃbrido, isto Ã, utilizando estados coerentes fortemente atenuados e estados coerentes mesoscÃpicos, para DQC e autenticaÃÃo quÃntica de mensagens clÃssicas. O segundo à uma implementaÃÃo de um sistema de DQC baseado em modulaÃÃo de fase relativa entre bandas laterais de freqÃÃncia, utilizando duas portadoras de RF e moduladores de amplitude em Alice e fase em Bob. Posteriormente, à detalhada a realizaÃÃo experimental de um sistema de DQC, simples e didÃtica, usando estados de polarizaÃÃo de pulsos coerentes fortemente atenuados que executa o protocolo B92. Por fim, à feita a caracterizaÃÃo teÃrica e experimental de um receptor Ãptico para uso em comunicaÃÃes Ãpticas. / In this dissertation it is realized a study about quantum key distribution (QKD) in optical networks. Initially, a review of the theory of quantum key distribution and some of its implementations with strongly attenuated coherent states, as well a review of an optical system for physical encryptation using mesoscopic coherent states are realized. Following, it is analyzed the use of an error correction scheme in the physical encryptation system, and two new schemes for quantum key distribution are proposed. The first is a possible implementation of a hybrid system, that is, using weak and mesoscopic coherent states, for QKD and quantum authentication of classical messages. The second is an implementation of a QKD system based on relative phase modulation of sidebands frequency, using two RF carriers and an amplitude modulator in Alice and a phase modulator in Bob. After, an experimental realization of a simple QKD setup using polarization states of strongly attenuated coherent states for B92 protocol is presented. At last, it is realized an experimental characterization of an optical receiver for optical communication applications.

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de NÃvel Superior / O presente trabalho à divido em duas partes. Na primeira, a utilizaÃÃo do interferÃmetro de Sagnac em informaÃÃo quÃntica à analisada atravÃs da aplicaÃÃo do mesmo em trÃs problemas: MediÃÃo livre de interaÃÃo, distribuiÃÃo quÃntica de chaves e compartilhamento de segredo. Para a mediÃÃo livre de interaÃÃo, dois sistemas usando o Sagnac foram propostos. Considerando detectores ideais e ausÃncia de perdas, um deles apresenta probabilidade de sucesso de 25% por fÃton consumido, enquanto que o segundo apresenta probabilidade de determinar corretamente a presenÃa do objeto prÃxima a 100% por fÃton consumido. Para a distribuiÃÃo quÃntica de chaves foi proposta uma configuraÃÃo diferente das existentes, sendo a principal diferenÃa a ausÃncia de retorno do pulso enviado, como ocorre nos sistemas com Sagnac anteriormente propostos. Isto evita ataques do tipo Cavalo de TrÃia. Por fim, foi proposta uma configuraÃÃo Ãptica que permite que um segredo compartilhado por cinco pessoas, localmente distantes, seja usado apenas quando todos os cinco concordarem. A segunda parte da dissertaÃÃo apresenta um estudo analÃtico e numÃrico da variaÃÃo do entrelaÃamento de estados bipartites de qubits quando da propagaÃÃo dos mesmos em canais quÃnticos ruidosos. Em particular, foi encontrada uma fÃrmula exata que relaciona os entrelaÃamentos dos estados na entrada e saÃda do canal, quando o estado na entrada à puro e o canal à modelado pela interaÃÃo do estado bipartite (sinal) com um qubit (estado do canal) atravÃs de uma operaÃÃo unitÃria canÃnica. / This work is divided into two parts. In the first one, the use of the Sagnac interferometer in quantum information is analyzed applying it in three problems: interaction-free measurement, quantum key distribution, and secret sharing. For the interaction-free measurement two systems using Sagnac interferometer were proposed. Considering ideal detectors and loss less devices, one of them has a success probability of 25% for each photon used while the other presents the probability of getting success to detect the presence of the object close to 100% for each photon used. For quantum key distribution, it was proposed a different setup, where the main difference is that the pulse sent by the transmitter does not come back to him/her as happen with the systems based on Sagnac proposed before. This avoids the Trojan horse attack. Finally, it was proposed an optical configuration where it is possible to share a secret among five users, locally distant, that could be used only when all five persons agreed. The second part of this dissertation presents an analytical and numerical study of the entanglement variation of bipartite states of qubits during propagation in a quantum noisy channel. Particularly, it was found an exactly formula which relates the entanglement of states in the input and output of the channel, when the input state is pure and the channel is modeled by a canonical unitary operation.