Piotr Kolenderski

Praca doktorska jest ściśle związana z zagadnieniami informatyki kwantowej. Ta nowoczesna dziedzina powstała na styku informatyki i fizyki kwantowej, bada możliwości rozszerzenia i przyspieszenia dotychczas znanych algorytmów obliczeniowych, sposobów komunikacji oraz proponuje nowe sposoby rozwiązywania złożonych problemów obliczeniowych. Najważniejszym jak do tej pory osiśgnięciem tej dziedziny, które doczekało się udanego wdrożenia jest tzw. kryptografia kwantowa. Implementacja eksperymentalna tego protokołu wymaga źródła pojedynczych fotonów oraz odpowiedniej metody skupiania i przesyłania ich światłowodami.

Praca doktorska poświęcona jest zjawisku parametrycznego dzielenia częstotliwości, które zachodzi w kryształach nieliniowych i polega na rozpadzie jednego fotonu na dwa. Do podstawowego opisu zjawiska wystarczają zasady zachowania energii i pądu. Jednak w realistycznych warunkach doświadczalnych, gdy kryształ pompowany jest ultrakrótkimi impulsami laserowymi a fotony skupiane są do światłowodów jednomodowych to podejście nie wystarcza. W trakcie pracy nad doktoratem rozwinięty został kod numeryczny pozwalający na pełen opis rzeczywistych układów eksperymentalnych w kontekście wydajności konwersji oraz charakteryzacji spektralnej i przestrzennej generowanych par. Wyniki symulacji numerycznych zostały wykorzystane w eksperymentach przeprowadzonych w KLFAMO w Toruniu. Ponadto, dzięki wypracowanym metodom możliwe było zoptymalizowanie źródła fotonów pod kątem przydatności do zastosowania w układach kwantowego optycznego przetwarzania informacji, gdzie krytycznym parametrem jest widzialność interferencji wielofotonowej.

Postaram się wykazać jak bezpośrednie i pośrednie rezultaty badań prowadzonych w ramach doktoratu wpisuj ą się w trzy cele Regionalnej Strategii Innowacyjności (RSI) : rozwój handlu elektronicznego (RSI 1.1.1), rozwój potencjału naukowo-badawczego regionu (RSI 2.1.1) oraz ścisłą kooperację uczelni, sektora B+R z przedsiębiorstwami (RSI 2.2)

Coraz większym zainteresowaniem cieszą się zakupy przez Internet, ponadto zwiększa się liczba ludzi wybierających kartę kredytową jako formą płatności w sklepie. Każda taka transakcja polega na przesłaniu miedzy klientem a bankiem lub sklepem poufnych informacji w postaci np. numeru karty kredytowej. W celu zabezpieczenia przed przechwyceniem przez niepowołane osoby, informacje te są standardowo szyfrowane za pomocą dobrze poznanych protokołów kryptograficznych. Bezpieczeństwo klasycznego protokołu kryptograficznego polega na założeniu, że nie istnieje efektywny algorytm, pozwalający komputerowi na szybką faktoryzacje dużej liczby. Zatem wraz z rosnącą mocą komputerów trzeba wydłużaą klucze kryptograficzne. Ponadto jest już znany efektywny algorytm rozkładu na czynniki pierwsze, który może był zaimplementowany na komputerze kwantowym. Jeżli komputer kwantowy zostanie zbudowany, klasyczne protokoły kryptograficzne przestaną byą bezpieczne. Jednak na szczęście mechanika kwantowa daje rozwiązanie problemu poufności w Internecie w postaci kryptografii kwantowej. Bezpieczeństwo i możliwożą wykrycia ewentualnego podsłuchu gwarantowane są podstawowymi prawami przyrody. Układy kryptograficzne działają na zasadzie przesyłania światłowodami pojedynczych fotonów oraz mierzenia ich stanu polaryzacyjnego. Efektywnośą działania, mierzona jako ilość generowanych bitów na jednostkę czasu, zależy w istotny sposób od źródła pojedynczych fotonów oraz wydajności sprzęgania do światłowodów, co jest głównym tematem pracy doktorskiej. Prototypowe rozwiązania tego typu są obecnie wprowadzane w Szwajcarii http://www.swissquantum.com i Austrii. Główną ideą jest zainstalowanie w firmach, instytucjach i bankach układów kryptografii kwantowej oraz zintegrowanie ich z istniejącymi sieciami telekomunikacyjnymi. Znaczne zwiększenie bezpieczeństwa zawieranych transakcji elektronicznych daje szanse na przyspieszenie rozwoju handlu elektronicznego (RSI 1.1.1).

Wartym podkreślenia jest także fakt, że podczas prac związanych z projektowaniem źródeł pojedynczych fotonów wytwarzanych jest wiele prototypowych ultraprecyzyjnych elementów opto-mechanicznych i elektro-mechanicznych. Prototypy te mają bezpośredni potencjaą komercjalizacyjny wypełniając lukę na rynku naukowej mechaniki precyzyjnej. Ponadto stwarzają nowe możliwości badawcze wpisując się w strategię rozwój potencjału naukowo-badawczego regionu (RSI 2.1.1).

Projekt "Krok w przyszłośą -- stypendia dla doktorantów III edycja" współfinansowany jest ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego"