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En esta contribución se presenta la implementación experimental un sistema de protección de información basado en el procesamiento óptico y se analiza la fidelidad de la información recuperada cuando hay pérdida de datos durante la transmisión. La información es encriptada empleando una arquitectura óptica de correlador de transformada conjunta y una técnica de codificación de doble máscara de fase. Un usuario autorizado puede recuperar la información original cuando tiene acceso a la información del dato encriptado y de la llave de seguridad; si un intruso puede interceptar la imagen encriptada, pero no accede la información de la llave de seguridad, no podrá acceder a la información contenida en el dato encriptado. La descripción teórica y los resultados experimentales demuestran la habilidad que tiene el sistema de seguridad para proteger y recuperar información por medio de procesadores ópticos, y su tolerancia a la pérdida de información durante la transmisión., In this contribution the implementation of an experimental data protection system based on optical processing is presented, and the reliability of the recovered information when there is data loss during transmission is analyzed. The information is encrypted using an optical joint transform correlation architecture together with a double phase mask encoding technique. An authorized user recovers the original information when accessing the encoded data and the security key; if an intruder intersects the encoded image but does not possess the security key there is no possibility to access to the information contained in the encrypted image. The theoretical description and the experimental results show the ability the security systems exhibits to protect and recover the information by optical means, including the tolerance to data loss during transmission., Facultad de Ingeniería

Es sabido que ciertos aspectos de la óptica clásica, nos permiten representar distintos algoritmos cuánticos. Por ejemplo, se han realizado recientes trabajos donde se muestra la simulación óptica de los algoritmos de Deutsch-Jozsa y de Grover. La idea central consiste en representar los estados cuánticos como imágenes espacialmente separadas a la entrada de un sistema óptico. Mediante este sistema se realizan ciertas operaciones sobre la imagen o sobre su figura de difracción. Finalmente, se obtiene una imagen que representa el estado cuántico resultante al terminar el proceso. En este trabajo utilizamos una arquitectura propuesta recientemente para la simulación óptica de la transformada de Hadamard sobre un qubit para resolver ópticamente el problema de Deutsch. Dicho problema consiste en decidir si una función cuyo dominio e imagen es el conjunto {0, 1} es constante o balanceada. La solución clásica de este problema requiere evaluar la función dos veces mientras que cuánticamente, solo se requiere evaluarla una vez. El operador unitario que evalúa la función es simulado mediante la aplicación de fases selectivas a los estados de entrada usando una pantalla de cristal líquido que funciona como modulador espacial del frente de onda luminoso. La transformación de Hadamard consiste esencialmente en generar la superposición de los estados por medio de una red de fase en el plano de Fourier. Se muestran resultados de las imágenes obtenidas para todas las configuraciones posibles para verificar que nuestro sistema es capaz de resolver el problema en todos los casos It is well known that certain aspects of classical optics allows us to represent many quantum algorithms. For example, in recent works several optical simulations of Deutsch-Jozsa and Grover Search algorithm are shown. The main idea is to represent the quantum states as spatially separated objects in the input scene of some optical system. By means of this system certain operations on the image or on its diffraction figure are performed. Finally, we obtain an output image that represents the quantum state at the end of the process. In this work we use a recently proposed architecture for simulating the Hadamard operation acting on one qubit state for optically solve the Deutsch problem. This problem consist in to decide if some function whose domain and image is the set {0, 1} is either constant or balanced. The classical solution of this problem requires to evaluate this function two times while by means of quantum mechanics we can solve it with only one evaluation. The unitary operation that evaluates the function is simulated by means of selective phase shifts to the input states by using a liquid crystal display as spatial light modulator. Hadamard transform consist in superposing the states by means of a phase grating in the Fourier plane. In order to demonstrate the capability of the system for solving the problem we show the obtained images for all possible configurations. Fil: Francisco, Diego Hernán. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales (UBA-FCEyN). Departamento de Física. Buenos Aires. Argentina Fil: Iemmi, C.. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales (UBA-FCEyN). Departamento de Física. Buenos Aires. Argentina Fil: Ledesma, S.. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales (UBA-FCEyN). Departamento de Física. Buenos Aires. Argentina

Los algoritmos cuánticos son, en general, mucho más eficientes que los clásicos lo que los vuelve particularmente interesantes para ser usados en computación. La llamada caminata clásica al azar ha sido usada tradicionalmente para modelar procesos de difusión. En el caso unidimensional se considera una partícula que está obligada a moverse sobre una línea. Se supone además que la partícula se mueve siempre a la misma velocidad y que puede desplazarse hacia a la derecha o la izquierda en pasos discretos con igual probabilidad. Al cabo de varias iteraciones, la distribución de probabilidad sobre las posibles posiciones de la partícula sigue una función Gaussiana centrada en el origen. La contrapartida cuántica consta de estados descriptos por una función de ondas que es una combinación de los estados de la base computacional con coeficientes complejos. Una vez establecido el estado de partida se aplica un operador de Hadamard y un operador de traslación condicional. Al cabo de varias iteraciones del proceso, se obtienen distribuciones que no aproximan a una Gaussiana y que pueden ser incluso no simétricas para algunas condiciones iniciales. Esta propiedad podría ser muy útil en un algoritmo de búsqueda. En este trabajo se muestra como puede ser simulada ópticamente una caminata cuántica al azar utilizando elementos ópticos convencionales y representando espacialmente los q-bits como imágenes en un procesador óptico. Se presentan resultados experimentales en los que se muestra la viabilidad del proceso Quantum algorithms are, generally, more efficients than their classical counterparts and they are particulary interesting in computation. The usually called classical random walk, has been traditionally used for modeling diffusive stochastic process. In the unidimensional case we consider a single particle that moves on a line. In addition, we suposse that the particle moves always with the same velocity and that it has the possibility of moving to the left or to the right in discrete steps with the same probability. After several iterations, the probability of finding the particle in a certain position on the line is a Gaussian distribution centered at the initial position. In the quantum counterpart the state of the particle is described by a wave function that is a complex linear combination of the computational basis states. Given a initial state we apply a Hadamard operator and then a conditional displacement operator. After several iterations of the process, we obtain distributions that are different than the Gaussian distribution and even could be nonsymetric for some initial conditions. This property could be very useful in a search algorithm. In this work we show a classical optical simulation of the quantum random walk by using conventional optical devices and by representing the quantum states (qbits) as images in an optical processor. We present experimental results where we show the viability of the process Fil: Francisco, Diego Hernán. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Laboratorio de Procesado de Imágenes (UBA-FCEyN-LPI). Departamento de Física. Buenos Aires. Argentina Fil: Iemmi, C.. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Laboratorio de Procesado de Imágenes (UBA-FCEyN-LPI). Departamento de Física. Buenos Aires. Argentina Fil: Ledesma, S.. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Laboratorio de Procesado de Imágenes (UBA-FCEyN-LPI). Departamento de Física. Buenos Aires. Argentina

En el transcurso de esta tesis se han propuesto y desarrollado distintas técnicas paraaumentar, por un lado, la capacidad de almacenamiento de filtros a usar en correladoresópticos y por otro, la cantidad de procesos de reconocimiento que pueden realizarse ensimultáneo. Básicamente las técnicas propuestas pueden dividirse en aquellas orientadaspara sintetizar filtros sobre material fotográfico, es decir materiales en donde la funcióna representar viene codificada como variaciones de amplitud; y aquellas desarrolladaspara implementar los filtros sobre moduladores sólo de fase. Se presentan dos métodos para generar filtros múltiples sobre película diapositiva color. En ambos el registro se lleva a cabo mediante el empleo de copiadoras digitales de altaresolución. El primero de ellos utiliza una apropiada combinación de colores del sistema RGB para almacenar diferentes partes de la información en canales independientes. Elfiltro así generado es utilizado en un correlador tipo Vander Lugt en el que se empleauna iluminación multiespectral. De esta manera es posible incrementar la cantidad deinformación a codificar en un filtro tradicional tantas veces como canales de colorindependientes se dispongan. El segundo método presentado se basó en la capacidad delmaterial fotográfico para representar distintos niveles de gris. El método propuestopermite registrar directamente la función que representa la interferencia entre el hazobjeto y la onda de referencia sin recurrir a los métodos binarios tradicionales paragenerar CGH, de este modo el filtro se comporta como un verdadero interferograma. Estos nuevos filtros poseen las mismas ventajas que tiene un holograma real por sobreel digital binario, como son la reconstrucción de tan sólo los órdenes 1,0 y —1 y laposibilidad de manejar libremente la orientación y frecuencia de la onda portadora. Así,en los filtros compuestos por varios hologramas es posible seleccionar la posición de larespuesta al impulso brindada por cada uno de ellos sin distorsiones ni pérdidas de lainformación. La segunda parte de la Tesis está orientada al diseño de filtros compuestos para serutilizados en correladores en donde tanto la información de la escena de entrada como lacorrespondiente al filtro es representada en pantallas de TV de cristal líquido (LCD). Seestudian las configuraciones de polarización, para la luz incidente y emergente de las LCD, de modo que la utilizada para representar la escena module sólo la amplitud de laonda incidente y la correspondiente al filtro sólo la fase. Dadas estas características losfiltros diseñados contienen información sólo de fase y se obtienen al registrardirectamente los valores de fase de los objetos a reconocer en lugar de una codificaciónen amplitud de los mismos. Los mismos presentan la ventaja de no reproducir en surespuesta al impulso la imagen conjugada; por consiguiente al implementarlo en uncorrelador no se forma la señal de convolución y libera esa zona del plano de salida paraprocesar más información. Este nuevo diseño nos permite aumentar no sólo lacapacidad de almacenamiento de los filtros sino la cantidad de identificacionessimultáneas que pueden llevarse a cabo. In this Thesis we have proposed and developed several techniques to increase, on onehand, the storage capability of filters to be used in optical correlators, and on the other,the number of processes to be performed simultaneously. Basically, the proposedtechniques can be separated in those orientated to synthesize filters onto photographicmaterials, i.e. materials in which the function to be represented have to be codified asamplitude variations; and those developed to be implemented on phase modulators. We have presented two methods to generate composed filters onto color film slides. Inboth methods we used a high resolution film recorder machine to transfer the filter tothe slides. The first one; employs an adequate combination of the RGB color system tostorage different parts of the information in independent color channels. The generatedfilter is used in a Vander Lugt correlator with multi-spectral illumination. In this way,the amount of information usually codified by a traditional filter can be increased asmany times as independent color channels are available. The second one is based on thecapability of photographic films to represent different gray levels. The proposed methodallows the direct implementation of the function obtained by the interference betweenan object beam and a reference wave without making use of the traditional binarytechniques to generate CGHs, in this way the filter acts like a true interferogram. Thesenew kind of filters offer the same advantages that a real hologram, i.e. only the 1, 0 and -1 orders are reconstructed and it is possible to control, in an arbitrary way, thedirection of the reference wave. Moreover, as gray level filters are obtained, it ispossible to add several holograms without distortions and misinformation. The second part of this Thesis is orientated to the generation of composed filters to beused in optical correlators in which both, the input scene and the filter. are representedonto liquid crystal television displays (LCD’s). We have studied configurations of lightpolarization states that allow to obtain pure amplitude modulation or phase puremodulation by using LCD’s. In our case we chose to display the input scene as anamplitude function and the filter as a phase one . The proposed filters contain onlyphase information and no codification is needed to display them. The impulse responseof these filters reconstruct only the real image; consequently the convolution signal isabsent on the final plane and new places are now available to accommodate morecorrelation channels. This new filter design technique allows us to increase not only thestorage capability of filters but also the amount of information to be processedsimultaneously. Fil: Villarreal, Mirta. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.