Budapest University of Technology and Economics, Faculty of Electrical Engineering and Informatics

    Belépés
    címtáras azonosítással
    vissza a tantárgylistához   nyomtatható verzió    

    Műholdas rendszerekben alkalmazott kvantum- és optikai kommunikáció

    A tantárgy angol neve: Quantum and Optical Communication for Satellite Systems

    Adatlap utolsó módosítása: 2024. október 24.

    Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
    Villamosmérnöki és Informatikai Kar     		Űrmérnök mesterszak
    Űrmérnöki szakmai ismeretek
    kötelezően választható
    Tantárgykód Szemeszter Követelmények Kredit Tantárgyfélév
    VIHIMSUB001-00   2/2/0/f 4  
    3. A tantárgyfelelős személy és tanszék Dr. Gerhátné Udvary Eszter,
    4. A tantárgy előadója Dr. Bacsárdi László     egyetemi docens    BME-HIT
    Gerhátné Dr. Udvary Eszter     egyetemi docens    BME-HIT

    5. A tantárgy az alábbi témakörök ismeretére épít Infokommunikáció
    7. A tantárgy célkitűzése A tárgy betekintést nyújt a műholdas optikai és kvantumkommunikáció legújabb fejlesztéseibe. A kvantumtechnológiák szempontjából a hangsúly a kvantumkommunikációs alkalmazási területeken lesz (beleértve a kvantum alapú véletlenszám-generálását űrbeli körülmények között, a műholdas kvantum alapú kulcsszétosztást és a kvantuminternetet.). A résztvevők elsajátítják a műholdas optikai kommunikáció alapjait és technológiai kihívásait. A kurzus nem feltételezi a kvantummechanika vagy az optika mély előismeretét. A kurzus tematikája és tananyaga az Európai Űrügynökséggel (ESA) együttműködésben került kidolgozásra, az erre való tekintettel a tárgyat angol nyelven oktatjuk.
    8. A tantárgy részletes tematikája Előadások:
    1.    Bevezetés és motiváció. Miért használunk optikai és kvantumkommunikációt űrkörnyezetben?
    2.    Bevezetés a kvantumkommunikációba mérnöki szempontból 1.
       posztulátumok, szuperpozíció, összefonódás, no-cloning tétel
    3.    Bevezetés a kvantumkommunikációba mérnöki szempontból 2.
       kvantum alapú véletlenszámok, kvantum alapú kulcsszétosztás elve, előállít-és-megmér QKD, összefonódáson alapuló QKD, kvantumhiba-javítás.
    4.    Kriptográfiai alapismeretek, információelméleti biztonság, posztkvantum kriptográfia, kvantumkriptográfia.
    5.    Szabadtéri optikai átviteli csatorna tulajdonságai-
    Terjedési hatások minőségrontó hatása szabadtér optikai kvantum csatornákban, légköri turbulens áramlás és szintilláció, szóródási hatások.
    6.    Adaptív optika technikák. Referenciahullám adaptív optikai rendszerben, hullámfront-érzékelők, hullámfront-korrektorok, modális fáziskorrekció és modális fáziskonjugáció.
    7.    Optikai zajforrások, háttérsugárzás nappali és éjszakai körülmények között. Háttérsugárzás hatása a kvantum kommunikációra.
    8.    Optikai és kvantumkommunikációs megközelítések különböző kapcsolatokban (szabadtéri, műhold-műhold, föld-műhold).
    9.    A műholdas optikai kommunikációs és kvantumkommunikációs rendszerek aktuális fejlesztési irányai.
    10.    Űrszegmens: optikai műholdas kommunikációs rendszer architektúrája.
    11.    Földi szegmens: Optikai földi állomások. Kvantumképes optikai földi állomás
    12.    Kvantummemóriák műholdakon, műholdas kvantuminternet (kvantuminformációelmélet, kvantumcsatornák szuperaktiválása, kvantumismétlők és kvantum memóriák).
    13.    A jövő műholdas optikai kvantumkommunikációs hálózatai
    14.    Összefoglalás, kitekintés.

    Gyakorlatok:
    1.    Optikai alapjelenségek
    2.    Kvantuminformatikai alapműveletek
    3.    Kvantum alapú kulcsszétosztó rendszerek tervezése
    4.    Véletlenszámok szerepe a titkosítási eljárásokban
    5.    Kvantum alapú véletlenszámok előállítása
    6.    Műholdas kvantumkommunikációs csatornamodell
    7.    Optikai háttérsugárzás mérési lehetőségei, zajforrások meghatározása
    8.    Házi feladat bemutatása
    9.    Optikai alrendszer (payload) integrációja műholdplatformra
    10.    Optikai vevőállomások
    11.    Kriptográfiai gyakorlat
    12.    Laborlátogatás ipari partnernél 1.
    13.    Laborlátogatás ipari partnernél 2.
    14.    Műholdas kvantuminternet tervezési kérdései. Házi feladat pótbemutatása.

    9. A tantárgy oktatásának módja (előadás, gyakorlat, laboratórium) Előadás. A tárgy sikeres elvégzése és az ismeretek egymásra épülése miatt a leadott tananyag folyamatos elsajátítása szükséges.
    Gyakorlat: Az előadáson elhangzottak áttekintése, gyakorlati példákkal történő kiegészítése. A legfontosabb gyakorlati ismeretek bemutatása laboratóriumban is.

    10. Követelmények a.    A szorgalmi időszakban:
    Egy beadandó házi feladat a 8. héten, amelyre maximum 30 pontot lehet szerezni.
    Egy zárthelyi dolgozat a félév végén, amelyre maximum 70 pontot lehet szerezni.
    Mind a házi feladatból, mind a zárthelyi dolgozatból el kell érni legalább 40%-ot.
    A félév során összesen 100 pontot (30+70) lehet elérni. Az elért pontok alapján alakul ki a félév végi érdemjegy, 40, 55, 70, 85 pontos ponthatárokkal.

    b.    A vizsgaidőszakban:
    -

    c.    Elővizsga:
    -

    11. Pótlási lehetőségek A házifeladat javítására, illetve pótlására a szorgalmi időszak 14. hetének végéig van lehetőség.
    A zárthelyi javítására, illetve pótlására a szorgalmi időszak utáni pótlási héten van lehetőség.

    12. Konzultációs lehetőségek Igény szerint, előre egyeztetett időpontban.
    13. Jegyzet, tankönyv, felhasználható irodalom 1.    Optical Communications: Advanced Systems and Devices for Next Generation Networks (Telecommunications and Information Technology) 1st ed. 2019 Edition by Alberto Paradisi (Editor), Rafael Carvalho Figueiredo (Editor), Springer
    2.    Samir Ahmed Al-Gailani et al., A Survey of Free Space Optics (FSO), Communication Systems, Links, and Networks, IEEE Access, December 29, 2020
    3.    Kaltenbaek, R., Acin, A., Bacsardi, L. et al. Quantum technologies in space. Exp Astron 51, 1677–1694 (2021). https://doi.org/10.1007/s10686-021-09731-x
    4.    S.Imre, B. Ferenc, Quantum computing and communication, An engineering approach, Wiley 2004,  ISBN 9780470869024


    14. A tantárgy elvégzéséhez átlagosan szükséges tanulmányi munka
    Kontakt óra56
    Félévközi készülés órákra8+16
    Felkészülés zárthelyire15
    Házi feladat elkészítése25
    Kijelölt írásos tananyag elsajátítása0
    Vizsgafelkészülés0
    Összesen120
    15. A tantárgy tematikáját kidolgozta Név:     Beosztás:     Tanszék, Int.:
    Gerhátné Dr. Udvary Eszter     egyetemi docens    BME-HIT
    Dr. Bacsárdi László     egyetemi docens    BME-HIT


    IMSc tematika és módszer -
    IMSc pontozás -
    Idegen nyelvi részteljesítés követelményei -
    Egyéb megjegyzések A tárgy angol nyelven kerül meghírdetésre