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En esta tesis se presentan los resultados de una serie de experimentos ópticos en los que se ejecutan algoritmos de comunicaciones cuánticas para realizar Distribución Cuántica de Claves(DCC) criptográficas con estados coherentes de muy baja intensidad. Específicamente, se estudia la implementación de esquemas prácticos y robustos de DCC, con especial interés en sistemas basados en fibra óptica. A diferencia de las comunicaciones por aire, este medio permite transmitir estados cuánticos con bajísimas atenuaciones y mínimas perturbaciones externas, utilizando instrumental comercialmente disponible y de bajo costo, incluso para distancias de decenas de kilómetros. Los protocolos de DCC estudiados codifican información clásica (bits) en estados cuánticos preparados sobre distintos grados de libertad discretos de sistemas físicos. En el trabajo se exploran implementaciones que explotan la polarización y los modos temporales discretos de luz (time-bin). En ambos casos, fue necesario desarrollar y familiarizarse con tecnologías específicas para la preparación, transmisión y detección de dichos estados cuánticos. El problema de transmitir estados cuánticos en fibra de forma eficiente y robusta se atacó con dos estrategias. Por un lado, utilizando el grado de libertad de polarización y, por otro, modos temporales discretos de luz. En el primer caso, se codificaron los estados en el grado de libertad de polarización, que es fácilmente accesible. Sin embargo, este es muy sensible a perturbaciones, por lo que para asegurar la robustez se incorporó un sistema de estabilización activa del Estado de Polarización(SOP, por su sigla en inglés). Con este esquema se implementaron dos variantes de un protocolo clásico de DCC, llamado BB84, utilizando la polarización de pulsos de luz para codificar los estados cuánticos. Esto requirió el desarrollo de una fuente de pulsos tenues de luz basada en un láser DFB en el rango de las telecomunicaciones, con un modulador de intensidad externo por electroabsorción. Se diseñó un sistema de estabilización de la polarización robusto que permite compensar de forma automática las perturbaciones que genera la birrefringencia de la fibra sobre el estado de polarización. El sistema está basado en controladores de polarización comerciales y electrónica de control diseñada especifícamente, y puede ser adaptado fácilmente a cualquier protocolo de comunicación por fibra. En este sentido, se realizó una implementación del protocolo BB84 y una variante llamada BB84E, que requiere la utilización de los seis estados de un conjunto completo de bases mutuamente no sesgadas para la polarización. En el segundo caso, se ensayó una codificación más sofisticada y resistente a perturbaciones, que implicó enfrentar una serie de desafíos tecnológicos, pero que se presenta como una alternativa práctica y escalable en distancia de transmisión y velocidad. Se propuso un esquema híbrido de DCC basado en un protocolo de referencia de fase distribuida con comunicación bidireccional (Plug & Play), ambas tecnologías desarrolladas para trabajar especifícamente en fibra óptica, en un esquema con economía de recursos y distribución tipo servidor-cliente. Así, se obtuvo una configuración en donde tanto el instrumental como las operaciones sobre los estados más sensibles del protocolo se encuentran concentradas en una de las partes (servidor), mientras que los requerimientos sobre la otra parte involucrada en la comunicación son mínimos. Esta alternativa combina diferentes características deseables en una implementación práctica de DCC, como la simplicidad y la robustez. El esquema propuesto codifica estados cuánticos en modos temporales discretos de luz. Esto requirió el desarrollo de dispositivos específicos para preparar y medir estos estados, basados en interferómetros de fibra óptica que no demanden estabilización activa. Otra de las premisas fue la independencia de funcionamiento del estado de polarización, que se logra a partir de la incorporación de rotadores de Faraday en diferentes partes del esquema empleado. Por último, debido al tipo de codificación y al sistema de sincronización utilizados, este esquema es adaptable a tasas de transmisión en el rango de los MHz. De los experimentos de DCC mencionados se desprenden una serie de desarrollos y pruebas de laboratorio adicionales, que son relevantes por sí mismos. Entre ellos figuran la estabilización activa de interferómetros de Mach-Zehnder en fibra y el estudio de esquemas experimentales alternativos para el protocolo híbrido de DCC propuesto. También se puede destacar la puesta a punto de un prototipo autónomo de DCC en aire y su adaptación para obtener un protocolo que distingue mezclas computables (pseudoaleatorias) de estados cuánticos. Este es un tema de interés para el procesamiento cuántico de la información en general. Las técnicas abordadas y el know-how adquirido permiten entender y superar distintos problemas particulares de la utilización de estados cuánticos en comunicaciones por fibra óptica. Además, estos desarrollos tienen la capacidad de ser empleados tanto en ensayos de DCC que excedan el ámbito del laboratorio, como en un contexto más amplio que permita implementar otros protocolos de comunicación cuántica usando fibras ópticas de telecomunicaciones como canal cuántico. This thesis presents the results of a series of optical experiments carrying out quantum communication algorithms. Specifically, it studies the implementation of practical and robust schemes for fiber-based Quantum Key Distribution (QKD). The use of optical fibers as quantum channels allows the transmission of quantum states with small enviromental noise and extremely low attenuations using off-the-shelf and low-cost instrumental for communication through distances over tens of kilometers. The studied QKD protocols perform a codification of classical information (bits) into quantum states prepared with discrete degrees of freedom of physical systems. Throughout this work, implementations that exploit the polarization and time-bin degrees of freedom were explored. Both types of implementations required developing specific technologies and devices for preparation, transmission, and detection of the aforementioned quantum states. The problem of transmitting quantum states through fiber in an eficient and robust manner was tackled through two strategies, each one involving a different degree of freedom. On the one hand, quantum states were coded using the polarization of photons, which is easily accessible. Nevertheless, the polarization is highly sensitive to fiber perturbations. To ensure the robustness of this implementation, an active polarization stabilization system was adopted. With this scheme two alternatives of a classic QKD protocol named BB84 were implemented. The two implementations use the polarization of light pulses to encode the quantum states. This demanded the development of an optic pulse generator based on a telecommunications wavelength DFB laser with an external electroabsortion intensity modulator. Also, a robust polarization stabilization system was designed. This allows for an automatic compensation of the polarization drift generated by the fiber. The system is based on commercial polarization controllers and electronics specifically designed for this application. The polarization control system could be easily adapted to any fiber-based communication protocol, such as the BB84 protocol and a variation of that protocol called BB84E, that were carried out. This last protocol demands the preparation of six quantum states that conform a complete set of Mutually Unbiased Bases, demonstrating the versatilit y of the system. For the second approach a more sophisticated and robust codification was tried out. This involved a series of technological challenges but demonstrated itself to be a practical and scalable alternative in communication speed and link distance. A QKD hybrid scheme based on a Distributed Phase Reference protocol with two-way communication (called Plug & Play) is proposed. Both technologies were developed for the usage of optical fibers with resource-eficient approach and a server-client fashion. In this way, a configuration where both the sophisticated instrumental and the security-sensitive operations of the protocol are focused on one of the parties `side (server), while the requirements over the other are minimal. This alternative combines difierent desired characteristics in a practical QKD implementation. The proposed scheme uses a codification of quantum systems in discrete temporal modes of light. This demanded the development of specific devices to prepare and measure these states, based on fiber interferometers without active stabilization. Another premise of the protocol was the polarization independence, achieved through the usage of Faraday rotators in different parts of the setup. Finally, it should be emphasized that such scheme can be easily adapted to work at MHz transmission rates, due to some features of the protocol such as the type codification and the versatile synchronizing electronics that was used. As part of this work a series of developments and additional experimental tests were performed. Among them the active stabilization of a fiber Mach-Zehnder interferometer and the study of an alternative scheme for the proposed QKD protocol. It is also worth mentioning the setup of an air-based QKD prototype and its adaptation to implement a protocol that distinguishes computable (pseudorandom) mixtures of quantum states, a topic of interest for Quantum Information Processing. The addressed techniques and the acquired know-how allowed the researchers to understand and overcome different problems concerning the implementation of quantum states in fiber-based communications. Furthermore, these developments have the potential to be applied both in-field QKD experiments and in a wider context, allowing the implementation of other fiber-based quantum communication protocols. Fil: López Grande, Ignacio H.. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.

Se presenta el desarrollo y las características de un módulo de conteo de fotones basado en un fotodiodo de avalancha. La versión final del mismo está construida a partir de un fotodiodo Excelitas C30902SH-DTC, el cual dispone de un sistema de enfriamiento basado en celdas termoeléctricas. El circuito de quenching activo del mismo está construido a partir de electrónica discreta de alta velocidad. El módulo dispone de un acople a fibra óptica estándar FC que permite acoplar el detector a fibras multi o monomodo. Asimismo se caracterizó la tasa máxima de detecciones en alrededor de 500k c/s, una eficiencia de detección comparable a la de un módulo comercial, una tasa de cuentas de oscuridad de alrededor de 1500 c/s, y una probabilidad de afterpulsing del orden del 6%. We report the development and characterization of a photon counting module based on an avalanche photodiode. The device uses an Excelitas C30902SH-DTC silicon avalanche photodiode as the detector, which has a built-in thermoelectric cooler. It includes a high speed active quenching circuit built using fast discrete integrated circuits. The device also includes a standard FC optical fiber connector, that allows to couple the detector to single or multi mode fibers. The maximum achievable count rate achievable is around 500k c/s, with a dark count rate of 1500 c/s and an afterpulsing probability of around 6%. These characteristics were obtained at a detection efficiency comparable to a commercial photon counting module. Fil: Bordakevich, Sebastian Andres. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Física; Argentina Fil: Kielbowicz, A. A.. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Física; Argentina Fil: López Grande, Ignacio Hernán. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Investigaciones Científicas y Técnicas para la Defensa. Centro de Investigación en Láseres y Aplicaciones; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Física; Argentina Fil: Larotonda, Miguel Antonio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Investigaciones Científicas y Técnicas para la Defensa. Centro de Investigación en Láseres y Aplicaciones; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Física; Argentina

En este trabajo se presenta el desarrollo de un sistema de estabilización activa de la polarización de un enlace de fibra óptica monomodo, basado en dos controladores de polarización manejados por voltaje, y se estudia su desempeño. El objetivo es contar con un enlace que preserve los estados de polarización para su uso en un sistema de distribución cuántica de claves. El esquema es capaz de generar los cuatro estados de polarización lineales generadores de dos bases conjugadas: una corresponde a las direcciones definidas por un separador de haz polarizante integrado a fibra, ubicado en un extremo del enlace y la otra a la base conjugada lineal. Posteriormente y en forma activa compensa los cambios de la birrefringencia del canal inducidos por variaciones térmicas o mecánicas inducidas por el entorno, que naturalmente deterioran la elección inicial de bases en tiempos del orden de algunos minutos en enlaces subterráneos o submarinos. Se muestran resultados del funcionamiento del sistema en régimen de detección de luz intensa con fotodiodos en modo fotoconductivo, y resultados preliminares en régimen de fotoconteo, utilizando un módulo de conteo de fotones In this work we report the development of an active polarization stabilization loop of a single mode fiber optical link, based on two voltage-driven polarization controllers, and we study its performance. The goal is to obtain a polarization preserving channel for arbitrary polarization states, to establish a polarization-encoded quantum key distribution protocol. The system is able to generate four linear polarization states, corresponding to two conjugate linear bases: one of the basis corresponds to the polarization directions defined by an in-line polarizing beamsplitter placed at the end of the link, while the other corresponds to the conjugate (linear) basis. Following this initial operation, the system actively compensates for the birefringence changes of the channel that are mechanically and thermally induced by the environment, which have a detrimental effect on the initial bases election in temporal scales on the order of a few minutes. We show results of the system operating under the intense light regime using photodiodes in photoconductive mode, as well preliminary results in the photon counting regime Fil: Lopez Grande, Ignacio H.. Ministerio de Defensa - CONICET. Unidad de Investigación y Desarrollo Estratégico para la Defensa. Departamento de Investigaciones en Láseres y Aplicaciones (UNIDEF- DEILAP). Buenos Aires. Argentina Fil: Larotonda, Miguel A.. Ministerio de Defensa - CONICET. Unidad de Investigación y Desarrollo Estratégico para la Defensa. Departamento de Investigaciones en Láseres y Aplicaciones (UNIDEF- DEILAP). Buenos Aires. Argentina

El presente estudio analizó la relación entre la precisión y la velocidad en el lanzamiento sin y con oposición en juga- dores de balonmano con diferente nivel competitivo. Para ello, noventa y cuatro (n=94) jugadores de élite, amateur y sub-18, fueron evaluados en dos pruebas de lanzamiento, sin (P ) y con oposición del portero (P ). El análisis de resultados reflejó diferencias significativas en la velocidad de lanzamiento según el grado de precisión en P1 (F 3, 184 = 4,325; p

A lo largo de los últimos años el fútbol ha sido analizado minuciosamente, pudiéndose conocer más detalles relacionados con su práctica y perfeccionamiento. Son muchas las investigaciones que han profundizado en su estudio, permitiendo mejorar en su técnica, táctica y estrategia a través del análisis y del entrenamiento (Absalia, 1996; Seirulo, 1996; Cano, 2001). Sin embargo, el hecho de que los jugadores tengan que interactuar entre ellos convierte cualquier situación defensiva u ofensiva en acciones complejas con un gran abanico de variables a considerar, en el cual el jugador nunca estará aislado y tendrá que ejecutar la acción que influya en la jugada de forma más positiva. Este planteamiento requiere de una aplicación práctica especialmente compleja debido a la gran cantidad de variables que influyen en una sola jugada colectiva, y es por ello que el estudio y análisis de las situaciones de partido, especialmente de aquellas en las que los jugadores interactúan entre ellos, cobra especial importancia. La finalidad de este estudio es comparar y analizar la repercusión cualitativa y cuantitativa de cada formato de partido reducido (5 contra 5, 7 contra 7 y 9 contra 9), tipo de superficie de juego (tierra, césped natural y césped artificial) y grupo de edad (sub 9 y sub 14) sobre el rendimiento del equipo y de los jugadores con el fin de determinar los efectos de estos elementos en determinadas variables técnicas y tácticas. Para lograr dicha finalidad, el estudio se propone alcanzar los siguientes objetivos principales: examinar los efectos de tres diferentes superficies de juego en el desarrollo técnico y táctico de los jugadores, analizar la repercusión cuantitativa y cualitativa de los diferentes formatos de partido y comparar las variables técnicas y tácticas entre diferentes grupos de edad analizados. Para este estudio se filmaron 54 partidos de fútbol en espacios reducidos jugados en tres formatos diferentes, tres superficies de juego y dos grupos de edad. Dichos partidos se filmaron en tres clubes de fútbol (escuela de la Real Federación Española de Fútbol, Adarve – Barrio del Pilar, y Villanueva del Pardillo), identificando la mayoría de jugadas de ataque relevantes desde el punto de vista técnico y táctico. Se utilizó el método observacional, descriptivo y aplicado a través de la observación cuantitativa, sistemática y en un entorno natural – siendo una parte clave el visionado de las grabaciones y el registro de los movimientos que se habían clasificado previamente. Los resultados muestran que hubo variaciones significativas en función de cada formato de partido, superficie de juego y grupo de edad. Entre las principales conclusiones se observó que hay más ataques y más toques al balón en los formatos con menos jugadores, que los campos de césped artificial generan más ataques y que la madurez influye en las variables técnicas y tácticas de forma directa. Se presentan una descripción y análisis de los aspectos que tuvieron una influencia considerable en las jugadas de ataque, y esta investigación también expone aplicaciones prácticas para los ámbitos de la formación y el entrenamiento en el fútbol. ABSTRACT Football has been analysed in detail over the last few years, providing access to more information about its practice and improvement. There have been many in-depth studies that have enabled players and coaches to improve their technique, tactics and strategy through analysis and training (Absalia, 1996; Seirulo, 1996; Cano, 2001). However, the fact that the players have to interact means that any defensive or attacking situation becomes a complex operation with a huge range of variables to be considered, and one in which the player never acts in isolation and has to perform the move that will have the most positive effect when played. The practical application of the information learned is particularly complex due to the large number of variables that affect just one collective move, and therefore the study and analysis of match situations, especially those in which there is interaction between the players, is of particular significance. The aim of this study was to compare and analyse the quantitative and qualitative impacts of different small-sided game formats (5v5, 7v7 and 9v9), playing surfaces (dirt, natural grass and artificial turf) and age groups (under 9 and under 14) on team and individual player’s performances to determine the effect that each of those elements had on certain technical and tactical variables. To achieve these aims, the core objectives of the study were: to examine the effects of three different playing surfaces on the technical and tactical behaviour of the players, to analyse the quantitative and qualitative impact of the different game formats and to compare the technical and tactical variables between the different age groups. For this study, 54 small-sided games with three different formats, three different surfaces and two different age groups were observed. The games were filmed at three football clubs (the academy of the Spanish Football Association; Adarve – Barrio del Pilar; and Villanueva del Pardillo), and the attacking moves most relevant from a technical and tactical point of view were identified. The method used was the observational method; it was descriptive and applied using quantitative systematic observation in a natural environment – a key element was watching the videos and logging the movements that have previously been defined. The results showed that there were significant variations between the different game formats, playing surfaces and age groups. Some of the main observations were that there was more attacking play and more touches of the ball in the games with fewer players, the artificial turf pitches generated more attacking play, and the age of the players had a direct influence on the technical and tactical variables. The aspects that were considered to have a considerable influence on attacking play are described and analysed in this study, and the findings will be of practical use in football training and its coaching. RESUME Ces dernières années, le football a fait l’objet d’analyses très détaillées, nous permettant d’accéder à davantage d’informations quant à sa pratique et son évolution. De nombreuses études approfondies ont été réalisées, lesquelles ont permis aux joueurs et entraîneurs d’améliorer leurs technique, tactique et stratégie grâce à l’analyse et l’entraînement (Absalia, 1996; Seirulo, 1996; Cano, 2001). Toutefois le fait que les joueurs interagissent en permanence entre eux rend complexe toute action défensive ou offensive, où une grande série de paramètres est à prendre en considération et où le joueur n’agit jamais de manière isolée mais devra effectuer au bon moment le mouvement qui aura l’effet positif souhaité. Une application pratique particulièrement complexe est donc requise étant donné les nombreux paramètres qui peuvent parfois affecter une seule action collective. L’étude et l’analyse de situations de match, et plus précisément celles qui requièrent une interaction entre les joueurs, sont d’une importance capitale. L’objectif de cette étude a été de comparer et d’analyser les incidences quantitatives et qualitatives des différents formats de matches à effectifs réduits (5v5, 7v7 et 9v9), du type de surface de jeu (terre, pelouse naturelle ou artificielle) et des catégories d’âge (moins de 9 et moins de 14 ans) sur la performance individuelle des joueurs afin de déterminer l’effet que a produit chacun de ces éléments sur certains aspects techniques et tactiques. De fait, les principaux objectifs de l’étude étaient : l’analyse des répercussions de trois surfaces de jeu différentes sur le comportement technique et tactique des joueurs, l’analyse de l’impact des différents formats de match et la comparaison des paramètres techniques et tactiques entre les différentes catégories d’âge. Dans le cadre de cette étude, cinquante-quatre matches à effectifs réduits avec trois formats différents, trois surfaces différentes et deux catégories d’âge ont été analysés. Les matches ont été filmés dans trois clubs (le centre technique nationale de la Fédération Espagnole de Football, Adarve – Barrio del Pilar, et Villanueva del Pardillo), et les mouvements offensifs les plus pertinents d’un point de vue technique et tactique ont été identifiés. La méthode utilisée a été celle de l’observation, avec une approche descriptive, systématique et quantitative utilisée dans un environnement naturel. Il est apparu essentiel de visionner les vidéos et d’enregistrer les mouvements précédemment définis. Les résultats montrent des variations considérables entre les différents formats de jeu, surfaces et catégories d’âge. À citer parmi les principales observations : le jeu a été plus offensif et les joueurs ont davantage touché le ballon lors des matches avec le moins de joueurs ; sur les terrains en gazon artificiel, le jeu a aussi été plus offensif et, enfin, l’âge des joueurs a eu une influence directe sur les aspects techniques et tactiques. Les éléments identifiés comme ayant une influence considérable sur le jeu offensif sont décrits et analysés dans cette étude, dont les conclusions auront une utilité pratique en termes d’entraînement et de formation.