Quantum Key Distribution (QKD) is a promising method for information exchange that relies on quantum mechanical principles to increase the security of encodedinformation in comparison with traditional cryptography. The objective of this degree project was to plan, build and validate a receiver system for Free-Space QKD. To testit, a simple state-preparation setup was built, using a 780 nm laser for the QKD channel and a 680 nm laser for tracking, and both were sent over a single free-spacequantum channel. On the receiver side, the beam is received by a telescope that focuses it into the eye-opening where the receiver is positioned. Here, the tracking laser isdeflected to a camera (intended for a tracking algorithm, to be implemented in the future) and the QKD laser beam is split, and its polarization measured in |H⟩/|V⟩ and|+⟩/|−⟩ basis. Finally, the system is validated by testing that the beam propagates over the free-space channel, that the polarization correction is properly applied and,finally, that each polarization is routed into the right detector. By replacing the test sender with another with a capacity for sending states random number generation, thedeveloped receiver should be able to take part in quantum communication via protocols such as BB84, B92 or Decoy-State. / Kvantnyckeldistribution (QKD) är en lovande metod för informationsutbyte som förlitar sig på kvantmekaniska principer för att öka säkerheten för kodad informationjämfört med traditionell kryptografi. Syftet med detta examensprojekt var att planera, bygga och validera ett mottagarsystem för Fritt Rymd QKD. För att testa det,byggdes en enkel state-preparation setup, med hjälp av en 780 nm laser för QKD kanal och en 680 nm- laser för spårning, och båda skickades över en enda fri-rymdkvantkanal. På mottagarens sida tas strålen emot av ett teleskop som fokuserar den i ögonöppningen där mottagaren är placerad. Här avlägsnas spårningslasern till enkamera (som är avsedd för en spåringsalgoritm, som ska genomföras i framtiden) och QKD-laserstrålen är uppdelad, och polariseringen mäts i |H⟩/|V⟩ och |+⟩/|−⟩ bas.Slutligen valideras systemet genom att testa att strålen sprider sig över den fria rymdkanalen, att polariseringskorrigering tillämpas korrekt och, slutligen, att varjepolarisering riktas till rätt detektor. Genom att ersätta testsändaren med en annan med en kapacitet för att sända stater slumptalsgenerering, bör den utvecklademottagaren kunna delta i kvantkommunikation via protokoll som BB84, B92 eller Decoy-State.

This research study aims to investigate the capacity of single photons to carry information through polarization and time ordering and proposes a protocol called Beyond Pulse Position Modulation (BPPM) to improve photon-based communication reliability over longer distances with limited power. Such a protocol may be used in any communication scenario where energy efficiency is important, e.g., in satellite communication or where pulse position modulation (PPM) typically is used. The study compares various metrics such as information bits per symbol, photon, and time bin to evaluate the system’s efficiency and conducts a comparative analysis of BPPM, Pulse Position Modulation (PPM), On-Off Keying (OOK), andGeneral protocol’s effectiveness. (The simulations were conducted using the Python programming language with Visual Studio Code IDE.) / Denna forskningsstudie syftar till att undersöka informationskapaciteten hos enstaka fotoner då dessa kodats med avseende på polarisering och tidsordning. Ett nytt protokoll som kallas Beyond Pulse Position Modulation (BPPM) använder felkorrigering för att förbättra kommunikationstillförlitligheten över längre avstånd med begränsad effekt. Ett sådant protokoll kan användas i vilket kommunikationsscenario som helst där energieffektivitet är viktigt, t.ex. vid satellitkommunikation eller där pulspositionsmodulering (PPM) vanligtvis används. Studien jämför olika mätvärden som informationsbitar per symbol, per foton och per tidslucka för att utvärdera systemets effektivitet och genomför en jämförande analys av BPPM, Pulse Position Modulation (PPM), On-Off Keying (OOK) och ett protokoll med fixt antal fotoner per block avseende protokollens effektivitet. (Simuleringarna utfördes med Python-programmeringsspråket med Visual Studio Code IDE.)