Dissertação de Mestrado #763 – Poliana Marques Berto – 12/05/2025

Nesse trabalho preparamos estados de superposição fotônicos em time-bin (intervalo de tempo) visando aplicação do protocolo de criptografia quântica BB84. Para isso, propusemos um arranjo experimental aplicando sequencialmente dois interferômetros desbalanceados, conhecidos como interferômetro de Franson. A base temporal de codificação do estado é modificada com acréscimos de fase introduzidos pelas partes comunicantes que, na proposta inicial, é realizada por meio de dois estiradores de fibra óptica controlados por uma FPGA (arranjo de portas programáveis), sendo que cada estirado é inserido em um interferômetro. Duas bases conjugadas são utilizadas na preparação e medição dos estados |ψ⟩ = 1/√2 (|0⟩ + e^(iϕ) |1⟩) com |0⟩ , |1⟩ representando dois intervalos de tempos diferentes que o fóton pode estar. Uma das bases é composta pelos estados com ϕ = 0 e π, e a outra é composta pelos estados com ϕ = π/2 e −π/2. Descrevemos o estado preparado e medido em função das fases de preparação e medição, evidenciando a relação entre estes, o padrão de interferência e a probabilidade de detecção em cada detector na saída do interferômetro. Realizamos uma revisão de alguns protocolos de criptografia quântica e descrevemos a fonte de pares de fótons gerados pela conversão paramétrica descendente espontânea, utilizada no experimento. Mostramos a aplicação experimental, seccionada em três etapas, almejando domínio das técnicas de estabilização do interferômetro e modulação, valendo-se da FPGA e do estirador de fibra óptica. Na primeira etapa simplificamos o arranjo proposto substituindo um dos estiradores de fibra por uma fibra óptica regular de tamanho próximo ao do estirador utilizado, sendo equivalente a ter o estado preparado com fase 0. Nessa etapa, fizemos curvas de caracterização do estirador presente no segundo interferômetro, incluindo os seguintes casos para os interferômetros em sequência: a) interferência instável; b) estável com potência do pump de 10 mW; e c) estável com pump em 20 mW. Em seguida, testamos outras formas de acréscimo da fase no estado preparado com um deslocador transversal motorizado ou um modulador espacial de luz (SLM); sendo que o primeiro revelou-se instável, impedindo seu uso. Por outro lado, com o SLM foi possível obter duas curvas de caracterização, relacionando coincidências e tensão no esticador de fibras em uma delas, e fase e tensão na outra. A segunda etapa continua em andamento visando obter a preparação e medição dos estados de forma independente em interferômetros estáveis. Por fim, na terceira e última fase almejamos separar espacialmente as partes comunicantes para o teste de troca de chaves quânticas a longas distâncias e introdução do canal clássico público ao protocolo BB84 em time-bin.