KVANTUMKOMMUNIKÁCIÓ AZ ŰRTÁVKÖZLÉSBEN

Hasonló dokumentumok
Gondolatok az űrkorszakról

Kvantum Kommunikáció Használata az Űrtávközlésben

Kvantum kommunikáció használata az őrtávközlésben

KVANTUMKOMMUNIKÁCIÓ AZ ŰRTÁVKÖZLÉSBEN

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

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

Kvantumkommunikáció az űrtávközlésben május 10.

Fiatalok a világőr közelében

Kvantum infokommunikáció, a titkosítás új lehetőségei

Csillagászati eszközök. Űrkutatás

Informatika kvantum elveken: a kvantum bittől a kvantum számítógépig

Műsorterjesztés. Definíciók. Televíziós és rádiós műsorszolgáltatás. Kulcskérdések

DOCSIS és MOBIL békés egymás mellett élése Putz József Kábel Konvergencia Konferencia 2018.

HÍRADÁSTECHNIKA I. Dr.Varga Péter János

FIZIKAI HOZZÁFÉRÉST NEHEZÍTŐ TECHNOLÓGIA A MŰHOLDAS TÁVKÖZLÉSBEN

Rádiófrekvenciás kommunikációs rendszerek

Kvantumcsatorna a mûhold Föld és mûhold mûhold kommunikációban

Kitöltési útmutató A NEM ELŐFIZETÉSES MŰSORTERJESZTÉS KÉRDŐÍVHEZ ( ) július

Az interferométer absztrakt áramköre (5)

Kábeltelevíziós és mobil hálózatok békés egymás mellett élése. Előadó: Putz József

Távközlő hálózatok és szolgáltatások Mobiltelefon-hálózatok

Kvantum mechanikával tunningolt klasszikus kommunikáció. Imre Sándor BME-HIT

A WRC-15 Rádiótávközlési Világértekezletre történő felkészülés jelenlegi helyzete. CPG PTD munkacsoport. Bálint Irén Spektrumgazdálkodási osztály

Érzékelők csoportosítása Passzív Nem letapogató Nem képalkotó mh. radiométer, graviméter Képalkotó - Kamerák Letapogató (képalkotó) Képsíkban TV kamer

Készítette: Konrád Sándor Környezettudomány MSc. Témavezető: Dr. Bognár Péter

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

Bevezetés a kvantum informatikába és kommunikációba Féléves házi feladat (2013/2014. tavasz)

Labormérés tudnivalók

A magyar űrtevékenység

Választható önálló LabView feladatok 2013 A zárójelben szereplő számok azt jelentik, hogy hány főnek lett kiírva a feladat

Híradástechnika I. 5.ea

Adatátviteli eszközök

Űrtechnológia február 9. Mesterséges holdak és űrszondák / 2 Űrtechnológia A technológia a mérnöki tudomány eredményeire támaszkodó, azt megtest

INFOKOMMUNIKÁCIÓS RENDSZEREK ÉS ALKALMAZÁSOK

x 3 - x 3 +x x = R(x) x 3 + x x 3 + x ; rendben, nincs maradék.

Számítógépes hálózatok felépítése, működése

TestLine - nummulites_gnss Minta feladatsor

INFORMATIKA ÁGAZATI ALKALMAZÁSAI. Az Agrármérnöki MSc szak tananyagfejlesztése TÁMOP /1/A

Leica Viva GNSS SmartLink technológia. Csábi Zoltán mérnök üzletkötő, Kelet-Magyarország

A távérzékelés és fizikai alapjai 4. Technikai alapok

Charles Simonyi űrdozimetriai méréseinek eredményei

Járműinformatika Multimédiás buszrendszerek (MOST, D2B és Bluetooth) 4. Óra

Troposzféra modellezés. Braunmüller Péter április 12

2015 november: Titkosítás műholdakkal - Bacsárdi László

Alacsony fogyasztású IoT rádiós technológiák

A nemzetközi űrkutatásban való magyar részvétel Magyar Örökség Díj Laudáció március 20.

Űrtechnológia október 24. Műholdfedélzeti energiaellátás / 2 Műholdfedélzeti szolgálati rendszerek Felügyeleti, telemetria és telekommand rendsz

Fénytávközlő rendszerek és alkalmazások

Műholdas infokommunikációs rendszerek

Gigabit Ethernet, 10 Gigabit Ethernet. Jákó András BME EISzK


Helymeghatározó technikák

Választható önálló LabView feladatok 2017

Feladatok 2014 Reguar Category / Junior High School Sputnik

Interferencia jelenségek a BME permanens állomásán

INFOKOMMUNIKÁCIÓS RENDSZEREK ÉS ALKALMAZÁSOK

Miért a Gyáli úti alma matert választotta kommunikációs partnerének a NASA?

A NEM-IONIZÁLÓ SUGÁRZÁSOK. Elektromágneses sugárzások és jellemzőik

UAV FEJLESZTÉSEK ÉS KUTATÁS AZ MTA SZTAKI-BAN

Kvantumkriptográfia III.

A nemzetközi űrkutatásban való magyar részvétel (Laudátor: Dr. Both Előd, fizikus-csillagász, űrkutató)

Csillagászati kutatás legfontosabb eszközei, módszerei

A vezeték nélküli mikrofonok (PMSE) felhasználásának feltételei

Bevezetés a kvantum informatikába és kommunikációba féléves házi feladat (2015/2016, tavasz)

Alapok GPS előzmnyei Navstar How the GPS locate the position Tények Q/A GPS. Varsányi Péter

1. feladat R 1 = 2 W R 2 = 3 W R 3 = 5 W R t1 = 10 W R t2 = 20 W U 1 =200 V U 2 =150 V. Megoldás. R t1 R 3 R 1. R t2 R 2

MŰHOLDAS VÁROSI HŐSZIGET VIZSGÁLAT

Számítógépes hálózatok felépítése, működése

BME Természettudományi Kar, TDK TTK kari eredmények

Számítógép hálózatok gyakorlat

TESZT A LELKE AZ FTTX / XPON HÁLÓZATNAK IS

Sávszélesség növelés a Magyar Telekom vezetékes access hálózatában. Nagy Tamás Magyar Telekom Budapest, május.

Hegyi Ádám István ELTE, április 25.

Ahol a kvantum mechanika és az Internet találkozik

Választható önálló LabView feladatok A zárójelben szereplő számok azt jelentik, hogy hány főnek lett kiírva a feladat

HÍRADÁSTECHNIKA I. Dr.Varga Péter János

Mennyit is késik? Troposzféra-modellezés a GNSSnet.hu rendszerében

A rendszer legfontosabb jellemzőit az alábbiakban foglalhatjuk össze:

Kincskeresés GPS-el: a korszerű navigáció alapjai

INFORMATIKA ÁGAZATI ALKALMAZÁSAI. Az Agrármérnöki MSc szak tananyagfejlesztése TÁMOP /1/A

Számítógépes hálózatok

ÓBUDAI EGYETEM KANDÓ KÁLMÁN VILLAMOSMÉRNÖKI KAR. Villamosmérnök szak

A VÁROSI HŐSZIGET VIZSGÁLATA MODIS ÉS ASTER MÉRÉSEK FELHASZNÁLÁSÁVAL

Hol tart a GNSS állapot-tér modellezés bevezetése?

INFOKOMMUNIKÁCIÓS RENDSZEREK ÉS ALKALMAZÁSOK

Az optika és a kábeltv versenye a szélessávban. Előadó: Putz József


Távérzékelés - műholdak


NE HABOZZ! KÍSÉRLETEZZ!

HÁLÓZATOK I. Segédlet a gyakorlati órákhoz. Készítette: Göcs László főiskolai tanársegéd NJE GAMF MIK Informatika Tanszék tanév 1.

A navigációs műholdrendszerek fontosabb jellemzői. A műholdas helymeghatározás fejlődéstörténete.

Televíziós gyorsjelentés május

HÍRADÁSTECHNIKA I. Dr.Varga Péter János

2007. március 23. INFO SAVARIA GNSS alapok. Eötvös Loránd Tudományegyetem, Informatika Kar. Térképtudományi és Geoinformatikai Tanszék

A közszolgálati műsorok vételi lehetőségei

Biztonságos kommunikáció kvantumalapú hálózatokban

Nemzeti frekvenciafelosztás és frekvenciafelhasználási szabályok

Sugárvédelmi Laboratórium

Az RRC06 hazai vonatkozásai

Átírás:

KVANTUMKOMMUNIKÁCIÓ AZ ŰRTÁVKÖZLÉSBEN Kvantum-informatika és kommunikáció 2011. április 1., Budapest Bacsárdi László doktorjelölt BME Híradástechnikai Tanszék bacsardi@hit.bme.hu

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 2

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) 3

Gondolatok az űrkorszakról A dongó fizikailag nem lenne képes repülni. De a dongó ezzel nincs tisztában, úgyhogy továbbra is repül. (Mary Kay Ash) 4

Az űrkoszak kezdetei Szptunyik-1 1957. október 4. Lajka kutya (Szputnyik-2) 1957. november 3. Gagarin repülése 1961. április 12. John Glenn repülése 1962. február 20. 5

6 6

Az űrkoszak kezdetei Explorer-1 (1958.02.01.) Pioneer-1 (1958.10.11.) Vanquard-1 (1958.03.01.) SCORE (1958.12.18.) Telstar-1 (1962.07.10) Intelsat-1A (1965.04.06) 7

Magyar részvétel 1946.: Bay Zoltán-féle holdradar-kísérlet 1968. aug. 20-21.: amerikai műholdon sikeres műholdátviteli kísérlet 1974.: Interkozmosz-12: fedélzeti elektronika fejlesztése 1980.: Farkas Bertalan űrrepülése (Magyari Béla tartalékűrhajós) 2007.: Charles Simonyi űrutazása (rádióamatőr-kapcsolatok, PILLE) 2009.: Charles Simonyi második űrutazása (rádióamatőr-kapcsolatok, Simonyi-Pille 2 kísérlet) 8

Jövő a jelen pillanatban Űrszemét A világűr semlegessége Visszatérés a jövőbe (Holdra) Emberes űrutazások Alkalmazások 9

Műholdpályák Műholdpályák LEO MEO GEO 10

Űrtávközlés Űrhírközlés: a hírközlés része az űrrendszer (részben vagy teljes egészében) Űrrendszer: űreszköz + a teljes apparátus aktív és passzív rendszerek 11

Űrtávközlés Szolgáltatás Pont-pont Területi elosztó Globális hírközlés Műsorszóró rendszerek 12

Távközlési műholdak A távközlési műholdak Telekommunikáció segítése rádió- és mikrohullámú frekvenciákon Geoszinkron, geostacionárius, LEO Lézeres kommunikáció Késleltetések 13

Kvantumkommunikáció Lehetővé teszi nagyobb sávszélesség elérését (effektív sávszélesség), amelyre az új nagy információkapacitású rendszereknek szüksége van a műholdas műsorszórás minőségének növelését különböző biztonsági problémák hatékony megoldását (pl. kriptográfia) A kommunikációt négy módon segítheti 14

Kvantumkommunikáció Nyílt légköri kommunikáció száz kilométeres nagyságrend Föld görbülete is számít Alacsonypályás műholdas kommunikáció néhány száz km magasságban keringő műholdak, kódolás Műholdas műsorszórás 36.000 km magasan keringő műholdak 27 MHz-es jelet használunk a kódolásban (QPSK) egy szimbólum két bitet kódol - 55 Mbs Műhold-műhold kommunikáció 15

Biztató jelek 1991 első megvalósítás, 30 cm-es távon laboratóriumi körülmények között: 205 méter külső körülmények között: 75 méter 1998 Los Alamos National Laboratory, 950 méteres táv, éjszakai körülmények 2002 ugyanez a kutatólaboratórium demonstrálta 10 kilométeres távon (9,81 km), nappali és éjjeli időszakban is 2006 144 km nemzetközi kutatócsoport 2011 folytatódó munka (NICT, QUEST) 16

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 kvantum kommunikációt 17

Hogyan működik? 18

A részletek Hogyan történhet a kommunikáció? Írjuk fel a veszteségeket! Nézzünk meg két protokoll! Galambos Máté (BME TTK) 19

Űr-űr kvantumkommunikáció modellezése 20

Föld-űr kvantumkommunikáció modellezése 21

Veszteségek f 1 ( r,θ) = exp 2 2 2πσ POINT 2σ POINT r 2 2 2 2 σspread =ρ + σ POINT ρ = 2 4L 2 k D 2 A 2 A D + 4 + 2 4L ( k ρ ) 2 0 ρ 0 1 0.62 D A 1 / 3 6 / 5 τ SPREAD = 1 R exp 2σ 2 B 2 SPREAD τ AIR = exp i ( s + a ) L i i i τ LINK =τ AIR τ SPREAD 22 IAC Kvantumkommunikáció 2010, Prague az űrtávközlésben 22

SZUPERSŰRŰSÉGŰ TÖMÖRÍTÉS 23

Szupersűrűségű kódolás, űr-űr (1) Ha a bitek több mint a felét elveszítjük, nem hasznos a protokoll Az űrben nincs abszorpció, csak célzási hiba és nyalábszélesedés, emiatt egy elég nagy detektor elegendő jelet tud összegyűjteni Milyen nagy az elég nagy? Hullámhossz: 0.8 µm Célzási hiba: 0.5 µrad 24 IAC Kvantumkommunikáció 2010, Prague az űrtávközlésben 24

Szupersűrűségű kódolás, űr-űr (2) link hosszúság apertúra átmérő Optimum keresése, ahol a nyalábszélesedés a legkisebb Ez alapján a fogadó oldalon a detektor tükörátmérője minimalizálható Wavelength: 0.8 µm Pointing error: 0.5 µrad 25 IAC Kvantumkommunikáció 2010, Prague az űrtávközlésben 25

Szupersűrűségű kódolás, űr-föld, Föld-űr (2) Transzmittancia Orbit: 300 km Visibility: clear 23 km, hazy 6 km Wavelength: 0.8 µm Alice s aperture size: 0.2 m Downlink 26 IAC Kvantumkommunikáció 2010, Prague az űrtávközlésben 26

Szupersűrűségű kódolás, űr-föld, Föld-űr (3) Transzmittancia Orbit: 300 km Visibility: clear 23 km, hazy 6 km Wavelength: 0.8 µm Alice s aperture size: 0.2 m Uplink 27 IAC Kvantumkommunikáció 2010, Prague az űrtávközlésben 27

BB84 28

BB84 Protokoll 29

BB84 QBER Orbit: 300 km; Visibility: clear 23 km, hazy 6 km; Wavelength: 0.8 µm; Alice s aperture size: 0.2 m; Downlink; p pol : 0.05; p dark : 2 10-4 ; n: 4; µ: 0.1; η: 0.7 QBER = p pol + τ p link dark n η 2 µ 30 IAC Kvantumkommunikáció 2010, Prague az űrtávközlésben 30

BB84 Bitrate Orbit: 300 km; Visibility: clear 23 km, hazy 6 km; Wavelength: 0.8 µm; Alice s aperture size: 0.2 m; Downlink; µ: 0.1; η: 0.7; f pulse : 1 Mhz; R DISTILLED 1 = f pulse 2 µ τ η 31 IAC Kvantumkommunikáció 2010, Prague az űrtávközlésben 31

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 32

Összefoglalás (2) 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 10-100 kb/s sebességgel lehetséges a kulcsszétosztás 33

Kérdések? KÖSZÖNÖM A FIGYELMET! Bacsárdi László doktorjelölt BME Híradástechnikai Tanszék bacsardi@hit.bme.hu 34