Kvantum-informatika és kommunikáció 2015/2016 ősz. Kvantumkommunikáció az űrtávközlésben. 2015. október 16.



Hasonló dokumentumok
Bevezetés a kvantum-informatikába és kommunikációba 2016/2017 tavasz. Kvantumkommunikáció az űrtávközlésben május 4.

Kvantumkommunikáció az űrtávközlésben május 10.

KVANTUMKOMMUNIKÁCIÓ AZ ŰRTÁVKÖZLÉSBEN

Gondolatok az űrkorszakról

KVANTUMKOMMUNIKÁCIÓ AZ ŰRTÁVKÖZLÉSBEN

Kvantum Kommunikáció Használata az Űrtávközlésben

Kvantum kommunikáció használata az őrtávközlésben

Péliné Németh Csilla 1 Bartholy Judit 2 Pongrácz Rita 2 Radics Kornélia 3

Kvantumkommunikációs kalandozások

Ultrahangos mérőfej XRS-5. Használati utasítás SITRANS. XRS-5 mérőfej Használati utasítás

INFORMÁCIÓS MEMORANDUM

Kvantumkriptográfia III.

Épületvillamosság laboratórium. Villámvédelemi felfogó-rendszer hatásosságának vizsgálata

Mikrofluidikai és digitális mikrofluidikai alkalmazások Pázmány Péter Katolikus Egyetem Információs Technológiai Kar

Kissné dr. Akli Mária és Ferencz Zsolt

Az interferométer absztrakt áramköre (5)

Labormérés tudnivalók

#instagramads Az első tapasztalatok. Contact: Eva Drienyovszki Senior Search Specialist

1. Mintapélda, amikor a fenék lekerekítési sugár (Rb) kicsi

Tájhasználati változások közösségi értékelése az ökoszisztéma szolgáltatások tükrében

Mágneses szuszceptibilitás vizsgálata

Vár a világűr. Bacsárdi László. Magyar Asztronautikai Társaság (MANT) főtitkár

INFORMÁCIÓS MEMORANDUM

5. SZÁMÚ MELLÉKLET A SZOLGÁLTATÁS MINŐSÉGI MUTATÓI

Párhuzamos programozás

xdsl Optika Kábelnet Mért érték (2012. II. félév): SL24: 79,12% SL72: 98,78%

Pozitron-emissziós tomográf (PET) mire való és hogyan működik?

Kvantum infokommunikáció, a titkosítás új lehetőségei

A központi költségvetés és az államadósság finanszírozása 2015-ben

Vezetőtárs értékelő kérdőív

PHANTOM PILÓTAKÉPZÉSI ÚTMUTATÓ

OmniTouch 8400 Instant Communications Suite 4980 Softphone

[MECHANIKA- HAJLÍTÁS]

Számítógépes Hálózatok. 5. gyakorlat

Napkollektor. Zöldparázs Kft

HEGESZTÉSI SZAKISMERET

Az időtől független Schrödinger-egyenlet (energia sajátértékegyenlet), A Laplace operátor derékszögű koordinátarendszerben

Autóipari beágyazott rendszerek. Fedélzeti elektromos rendszer

Bár a digitális technológia nagyon sokat fejlődött, van még olyan dolog, amit a digitális fényképezőgépek nem tudnak: minden körülmények között

Radon, Toron és Aeroszol koncentráció viszonyok a Tapolcai Tavas-barlangban

SJ5000+ MENÜBEÁLLÍTÁSOK. E l e c t r o p o i n t K f t., B u d a p e s t, M e g y e r i ú t F s z. 1. Oldal 1

Hidrosztatikus hajtások, bevezetés BMEGEVGAG11

A mérleg nyelve Az Antenna Hungária médiapiaci rendezvénye. A földfelszíni szabad sugárzású platform üzleti értéke

Osztályozó és Javító vizsga témakörei matematikából 9. osztály 2. félév

Szellőzőrács IB-R Tartalom Leírás... 3 Kivitel és méretek... 4 Műszaki adatok... 5 Jelmagyarázat...12 Kiírási szöveg /09-2

2. számú melléklet. Tartalomjegyzék

Számítógép hálózatok gyakorlat

Kockázatkezelés és biztosítás

Az MPM hálótechnika (I. előadás)

Dr. Erbszt András Szt. János Kh. Idegsebészeti Osztály NEVES BETEGBIZTONSÁGI FÓRUM

Esti 11. A területi fejlettség különbség jellemzői, az eltérő gazdasági fejlettség okainak feltárása; a regionális politika lényegének megértése.

Lécgerenda. 1. ábra. 2. ábra

Kvantum mechanikával tunningolt klasszikus kommunikáció. Imre Sándor BME-HIT

Homlokzati tűzterjedés vizsgálati módszere

Vezetékes gyorsjelentés március

Fazekas Mihály Fővárosi Gyakorló Általános Iskola és Gimnázium

Kistarcsai Teljesítmény Túra

Agrárgazdasági Kutató Intézet Piac-árinformációs Szolgálat. Borpiaci információk. III. évfolyam / 7. szám április

A KUTATÁS EREDMÉNYEI ZÁRÓJELENTÉS

AQUABIT. Egyrétegű vízszigetelő paszta teraszokhoz és beton alapokhoz

tetszőleges időpillanatban értelmezhető végtelen sok időpont értéke egy véges tartományban bármilyen értéket felvehet végtelen sok érték

Informatika kvantum elveken: a kvantum bittől a kvantum számítógépig

Project Management

VASÚTI PÁLYA DINAMIKÁJA

Ipari és vasúti szénkefék

Nehéz töltött részecskék (pl. α-sugárzás) kölcsönhatása

Dinamikus programozás alapú szivattyú üzemvitel optimalizálási technikák (főként) kombinatorikus vízműhálózatokra

Előgyergyártott konzolos és konzolos támfalas közlekedési vasbeton elemcsaládok a kerékpáros és gyalogos közlekedési területek növelésére

ALES60. Infrasorompó DUPLASUGARAS. Telepítési kézikönyv. ISTRUZIONI ALES60 HUN POLITEC s r.l. 1 of 8

A robbanékony és a gyorserő fejlesztésének elmélete és módszerei

Alagútépítés Ideiglenes megtámasztás tervezése Példafeladat TÓTH Ákos

Az aktiválódásoknak azonban itt még nincs vége, ugyanis az aktiválódások 30 évenként ismétlődnek!

Beszámoló: a kompetenciamérés eredményének javítását célzó intézkedési tervben foglaltak megvalósításáról. Őcsény, november 20.

Statisztika március 11. A csoport Neptun kód

Programozható irányítóberendezések és szenzorrendszerek ZH. Távadók. Érdemjegy

Fábián Zoltán Hálózatok elmélet


Mobiltelefónia & biztonság

Fiatalok a világőr közelében

Közreműködők: Comics Uniting Nations: A változás hősei

Kvantum-informatika és kommunikáció 2015/2016 ősz. A kvantuminformatika jelölésrendszere szeptember 11.

BOLYAI MATEMATIKA CSAPATVERSENY DÖNTŐ osztály

M A G Y A R K O N G R E S S Z U S I I R O D A

A körforgásos gazdaság és a fogyasztói társadalom viszonya. Sárosi Eszter, FiKSZ XVIII. Hulladékhasznosítási Konferencia Szeptember 15.

Kooperáció és intelligencia

Egyszerű áramkörök vizsgálata

Műholdas kommunikációs rendszerek támadhatósága Szűcs Péter

AZ EOMA SZINTEZÉSI HÁLÓZAT KIEGYENLÍTÉSE

Néprajzi Múzeum. Új hely Új épület(ek) Új elképzelések. Museum

2015 november: Titkosítás műholdakkal - Bacsárdi László

A mediterrán térség ciklonjainak vizsgálata Kelemen Fanni Dóra, Bartholy Judit, Pongrácz Rita, Joaquim Pinto, Patrick Ludwig

Szellőző rács. Méretek. Leírás

Feltámadnak a kispapírok?

GÉP, SZERSZÁM, TERVEZÉS A MŰANYAG FELDOLGOZÁSBAN

IKT FEJLESZTŐ MŰHELY KONTAKTUS Dél-dunántúli Regionális Közoktatási Hálózat Koordinációs Központ

Publikációs lista. Gódor Győző július 14. Cikk szerkesztett könyvben Külföldön megjelent idegen nyelvű folyóiratcikk...

Útszelepek Elektromos működtetés Sorozat SV09. Katalógus füzetek

Puskás Tivadar Távközlési Technikum

STANDARDOK ÉS ÉRETTSÉGI ÚJ-ZÉLANDON

Napenergia hasznosítási lehetőségek összehasonlító elemzése. Mayer Martin János Dr. Dán András

Átírás:

Kvantum-informatika és kommunikáció 015/016 ősz 015. október 16.

Optikai szál rekord 307 km (014)

Biztató jelek - szabadtér 1991 első megvalósítás, 30 cm-es távon laboratóriumi körülmények között: 05 méter külső körülmények között: 75 méter 1998 Los Alamos National Laboratory, 950 méteres táv, éjszakai körülmények 00 ugyanez a kutatólaboratórium demonstrálta 10 kilométeres távon (9,81 km), nappali és éjjeli időszakban is 006 144 km nemzetközi kutatócsoport 015 folytatódó munka 3

Gondolatok az űrkorszakról Eljön az idő, amikor olyan szerkezetet építünk, amellyel madarak módjára repülünk keresztül az égbolton, miközben nyugodtan olvashatunk. (Roger Bacon) A Föld az emberiség bölcsője, de nem maradhatunk örökké bölcsőben (K. E. Ciolkovszkij) 4

Gondolatok az űrkorszakról Képtelenség a Holdra lőni, mert a leghevesebb robbanóanyag sem tud akkorát lőni, hogy eljusson a Holdra Az űrkutatás merő humbug Erkölcsi jogunk csak akkor lesz a világűrbe menni, ha megállítottuk az éhezést s a Földön lévő bajokat 5

Gondolatok az űrkorszakról A dongó fizikailag nem lenne képes repülni. De a dongó ezzel nincs tisztában, úgyhogy továbbra is repül. (Mary Kay Ash) 6

Az űrkommunikáció kezdetei Szputnyik-1 (1957. október 4.) SCORE (1958. december 18.) Intelsat-1A (1965. április. 6.) Képek forrása: http://en.wikipedia.org/wiki/file:sputnik_asm.jpg http://en.wikipedia.org/wiki/file:intelsat_i_%8early_bird%9.jpg 7

Műholdpályák Műholdpályák LEO GEO 8

Miért pont szabad légköri? Az optikai kábelek vesztességei miatt a kvantum csatorna maximális hossza néhány száz km A légköri vesztességek szintén befolyásolják a távolságot, azonban elegendő nagy távolság marad a műhold eléréséhez A világűrbeli vesztességek jóval alacsonyabbak, lehetővé téve nagy távolságú kvantumkommunikációt 9

Irány az űr L. Bacsardi, On the way to Quantum Based Satellite Communication, IEEE Communications Magazine, 51:(08) pp. 50-55. 10

Problémakör Az űrkommunikációban potenciálisan használandó kvantumalgoritmusok határai: a kvantum kommunikációs rendszerek tervezésének jól elkülönített és meghatározott lépései vannak mérnöki szemmel nézve a kvantumcsatorna tulajdonsága különösen fontos mi történik, ha a fizikai réteget optikai vezeték helyett a szabad légkörre cseréljük, és a csatorna hossza jelentősen megnő? 11

Űr-űr kvantumkommunikáció modellezése 1

Föld-űr kvantumkommunikáció modellezése 13

Csatornamodell (1) A szabadtéri kvantumkommunikáció modellje, figyelembe véve: egyfoton források a légkör különböző gázai, az aeroszolok és az optikai turbulenciák által okozott veszteségek. Űr-űr linkek: célzás hibája nyalábszélesedés Föld-űr, űr-föld linkek: az optikai turbulenciák további problémákat okozhatnak a légkör fényszóró és elnyerő tulajdonságai miatt további vesztességek keletkeznek a csatornában. 14

Csatornamodell () Űr-űr kommunikációban a nyaláb ún. félértékszélessége: ρ = 4L k D A DA + 4 D A : az adó apertúra átmérője L: csatornahossz k: lézer hullámszáma Légkörben: ahol ρ = ρ 4L k D A A D + 4 0 1 0.6 ρ0 k DA a Hufnagel-Valley modellből számolva + 4L L 5/3 0 = z 1.46k Cn z 1 d L L 1 z W 5 10 h Cn = 0.00594 h 10 exp + 7 1000 16 h h +.7 10 exp + A exp 1500 100 15 3/5 ρ 1/3 C n 6/5 : turbulenciaerősség h :a tengerszint feletti magasság W: a magas légköri szélsebesség (tipikus: 1 m/s) A: turbulencia erőssége a talaj közelében (tipikus: 1.7 10-14 m -/3 )

Csatornamodell (3) A teljes transzmittancia τ = τ τ AIR DET τ DET A fotonok hány százaléka érkezik meg a fotonoknak egy R B sugarú, kör alakú detektorba ahol τ AIR Veszteségek a légkör fényszóró és elnyelő tulajdonságai miatt. τ AIR = exp i s + a ΔL i i i ΔL i adott réteg s: szórási koefficiens a: abszorpciós koeficciens s és a: függ az időjárástól és a helytől! 16

A BB84 protokoll vizsgálata (1) Kvantum bithibaarány (QBER) QBER bitráta p pol p dark n η μ p pol a polarizációmérés hibája p dark a hibásan regisztrált beütések gyakorisága n a detektorok száma η a lézer pulzusokban az átlagos foton szám pedig a detektorok hatásfoka. μ Ha a QBER 0,11 fölé emelkedik, a kommunikáció többé nem biztonságos, mivel nem lehet eldönteni, hogy a keletkező hibákat egy harmadik fél okozza-e vagy a csatorna természetes zajáról van szó. R 1 f LÉZER m h f LÉZER a lézer elsütésének frekvenciája 17

A BB84 protokoll vizsgálata () QBER p pol p dark n η μ Mérsékelt égövi terület, nyár. Műhold pályamagassága: 300 km Tiszta idő: 3 km Ködös idő: 5 km Alice apertúra mérete: 0, m P pol =0.05; P dark = 10-4 ;n=4; m=0.1; h= 0.7 18

Quantum Satellite Communication Simulator Elérhető a neten http://www.mcl.hu/quantum/simulator 19

Transzmittancia elemzése L. Bacsardi, On the way to Quantum Based Satellite Communication, IEEE Communications Magazine, 51:(08) pp. 50-55. 0

QBER-értékek összehasonlítása wavelength: 860 nm, targeting angular error: 1 mrad, Bob s mirror diameter: 1 m, probability of polarization measurement error: 0.0001, quantum efficiency of Bob s detector: 0.7, mean photon number of the signal: 0.1, number of detectors: 4, total noise: x10-7, efficiency of quantum operations by Bob: 0.. Laszlo Bacsardi, Quantum Based Solutions for Efficient Communication Networks, IEEE 17th International Conference on Intelligent Engineering Systems, Monte de la Cruz, Costa Rica, 013.06.19-013.06.1. IEEE, pp. 45-49. 1

BB84 vs S09 Galambos et al., Comparison of BB84 and S09 Quantum Key Distribution Protocols in Space-Space Links, 31st AIAA International Communications Satellite Systems Conference. Florence, Italy, 013.10.14-013.10.17. pp. 1-5.

SpooQySats SPEQS- demos SpooQy-1 - engineering pathfinder; SpooQy- science demonstration

Összefoglalás (1) jövőbeli szabadtéri kvantumcsatornán: légkör zavaró hatásának minimalizálása; a szabadtéri távolságok növelése (a jel megfelelő erősítése); megfelelő küldő- és vevőberendezések építése a sikeres kísérletek az űrtávközlésben fejlődést hozhatnak a szabadtéri modell működőképes az űrtávközlés történelmében ugyanolyan nagy váltást érhetünk el, mint amilyen az analóg technikáról digitális technikára történő átállás 4

Összefoglalás () Szupersűrűségű protokoll esetén Mély űri illetve uplink megoldások nem realizálhatóak A praktikus alkalmazások kistávolságú műhold-műhold illetve műhold-föld downlink irányú kommunikációban használhatóak BB84 vizsgálata downlink esetben Az eredményeink megmutatták, hogy LEO pályán lévő műholdak esetében még nagy zenitszög esetén is 10-0 kbps sebességgel lehetséges a kulcsszétosztás 5