Τίτλος: Διαχείριση πόλωσης σε φωτονικά ολοκληρωμένα κυκλώματα για κβαντική κρυπτογραφία
Η κβαντική κρυπτογραφία αξιοποιεί τις αρχές της κβαντομηχανικής για την ασφαλή ανταλλαγή κρυπτογραφικών κλειδιών μεταξύ δύο χρηστών, με τρόπο που καθιστά κάθε προσπάθεια υποκλοπής ανιχνεύσιμη και αποτελεί σήμερα έναν από τους πιο ενεργούς τομείς της φωτονικής τεχνολογίας. Πολλά καθιερωμένα πρωτόκολλα χρησιμοποιούν την πόλωση του φωτός ως σχήμα κωδικοποίησης της πληροφορίας. Καθώς αυτά τα συστήματα, που παραδοσιακά χρησιμοποιούσαν ογκώδεις οπτικές διατάξεις ελευθέρου χώρου, τείνουν να υλοποιούνται όλο και περισσότερο σε συμπαγή φωτονικά ολοκληρωμένα κυκλώματα (PICs), η δυνατότητα ελέγχου της πόλωσης πάνω στο ίδιο το πλακίδιο γίνεται κρίσιμη: δομές όπως οι στροφείς και οι διαχωριστές πόλωσης είναι αυτές που επιτρέπουν την υλοποίηση των πρωτοκόλλων σε ολοκληρωμένη μορφή.
Η προτεινόμενη διπλωματική εργασία ακολουθεί δύο διαδοχικά στάδια υλοποίησης. Στο πρώτο, ο φοιτητής/η φοιτήτρια θα εξοικειωθεί με τον πειραματικό χαρακτηρισμό υφιστάμενων διαχωριστών και στροφέων πόλωσης βασισμένων σε PIC, αξιολογώντας τη συμπεριφορά τους ως προς τις απαιτήσεις εφαρμογών κβαντικής κρυπτογραφίας. Με βάση τα πειραματικά αυτά αποτελέσματα, στο δεύτερο στάδιο η εργασία θα επικεντρωθεί στη σχεδίαση μιας βελτιστοποιημένης δεύτερης γενιάς δομών διαχείρισης πόλωσης, με χρήση εργαλείων φωτονικής προσομοίωσης, ώστε να βελτιωθεί η απόδοσή τους σύμφωνα με τις ανάγκες της εφαρμογής.
Εκτιμώμενος χρόνος εκπόνησης της εργασίας: 4-6 μήνες
Επιθυμητές γνώσεις:
- Αρχές φωτονικής τεχνολογίας
- Βασικές γνώσεις ηλεκτρομαγνητισμού και πόλωσης
- Εξοικείωση με Python ή Matlab
_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Title: Polarization Management in Photonic Integrated Circuits for Quantum Cryptography
Quantum cryptography harnesses the principles of quantum mechanics for the secure exchange of cryptographic keys between two users, in a manner that makes any eavesdropping attempt detectable, and is today one of the most active areas of photonic technology. Many established protocols use the polarization of light as the encoding scheme for information. As these systems move from bulky free-space optical setups to compact photonic integrated circuits (PICs), the ability to control polarization on the chip itself becomes critical: structures such as polarization rotators and splitters are what enable the implementation of these protocols in integrated form.
The proposed thesis follows two successive stages. In the first, the student will become familiar with the experimental characterization of existing PIC-based polarization splitters and rotators, evaluating their behavior against the requirements of quantum cryptography applications. Building on these experimental results, the second stage will focus on the design of an optimized second generation of polarization-management structures, using photonic simulation tools, so as to improve their performance according to the needs of the application.
Estimated time required to complete the thesis: 4-6 months
Useful background knowledge:
- Principles of photonic technology
- Basic knowledge of electromagnetism and polarization
- Familiarity with Python or Matlab
Επικοινωνία: Δρ. Θένια Προυσαλίδη thenia@mail.ntua.gr