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.

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 of light polarization and its applications in quantum communications. Initially, the mathematical tools needed for single-photon and coherent states polarization analyses are presented: coherence matrix, Stokes parameters and polarization degree. Following, using numerical simulations, it is presented the variation of the degree of polarization of a single-photon pulse during depolarizing channel propagation. At last, the result of an experiment using coherent states, aiming to measure the degree of polarization after propagation in 200 m optical fiber is presented. The experiment is useful for determination of the parameter of the qubit depolarizing channel model. Since light polarization is easily changed when environment fluctuations are present during fiber propagation, optical schemes able to correct unpredictable polarization changes are studied. Such schemes are employed for error correction in quantum communication systems. Based on already proposed error correction schemes, two new schemes are proposed, one for systems that employs polarization of singlephoton light, and other for systems that employs polarization of two-mode coherent states, being the first active, that is, requiring a control and synchronism protocol, while the second is passive. At last, it is realized a security analysis of a quantum key distribution system, employing the proposed error correction scheme, when the same is under Fuch-Peres-Brandt attack. It is shown that using the proposed error correction scheme the presence of an eavesdropper monitoring the quantum channel is more visible.

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.