Com o crescimento exponencial do tráfego na Internet, operadoras de comunicação são compelidas a fornecer soluções de conectividade de alta capacidade, custo-benefício, e confiabilidade, para atender aos requisitos de Qualidade de Serviço das aplicações. No entanto, as redes ópticas monomodo, que compõem o núcleo da Internet, atingiram o limite físico de transmissão, impulsionando a adoção da multiplexação por divisão espacial. A maior parte dos requisitos para a implantação destas redes são desafios em aberto, como por exemplo: algoritmos de seleção de caminho óptico, técnicas de proteção, impacto de diafonia entre núcleos, utilização de diferentes tipos de modulação, quantidade adequada de núcleos por fibra, alocação de recursos, complexidade dos comutadores, agregação de trafego e consumo energético. Assim, o problema crucial a ser endereçado por este projeto de pesquisa é a implementação de mecanismos para a viabilização da implantação de redes ópticas elásticas com multiplexação por divisão espacial com intuito de incrementar a capacidade do núcleo da Internet. (AU)

Grandes conjuntos de átomos frios apresentam fortes propriedades cooperativas no espalhamento de luz, o que resulta em uma emissão espontânea modificada. Embora o espalhamento cooperativo tenha sido amplamente estudado até o momento, suas consequências sobre os efeitos estocásticos e sobre as forças ópticas ainda precisam ser investigadas, e esses são os dois objetivos do presente projeto. O primeiro objetivo será elucidar se os eventos de emissão aleatória resultantes de modos de espalhamento cooperativo melhoram ou reduzem o aquecimento. O segundo objetivo aborda o regime de ligação óptica, quando forças ópticas mútuas levam a uma auto-organização da nuvem. Os dois PIs mostraram recentemente que a ligação óptica de N = 2 átomos frios é possível, embora os efeitos estocásticos (emissão espontânea) desafiem a estabilidade desses estados de pares. Neste projeto, vamos aproveitar a superradiância para mostrar que o mecanismo de resfriamento que torna esses estados possíveis podem ser ampliado ao ponto de conter efeitos estocásticos: nosso estudo se concentrará tanto nas cadeias 1D quanto nas redes 2D, já que a dimensionalidade afeta de uma forma crítica a força de cooperação. (AU)

O tráfego gerado pela Internet tem crescido cerca de 100% ao ano desde que começou a ser medido, e passou a dominar as redes de comunicação a partir da virada do século. As redes se prepararam para isso com o lançamento de uma grande infraestrutura óptica, inicialmente superdimensionada. Atualmente, a pressão por investimento na infraestrutura de telecomunicações decorre principalmente do surgimento e adoção de várias aplicações na Internet, como streaming de vídeo, televisão de alta definição, redes sociais, transferência de arquivos, entre outros. Como exemplo, a quantidade de tráfego manipulado por redes sem fio terá aumentado de 3 exabytes em 2010 para mais de 190 exabytes ao longo de 2018, e tem previsão para exceder 500 exabytes até 2020. Esse crescimento do tráfego de dados móveis vem acelerando as redes sem fio da segunda/terceira geração (2G/3G) para 4G/4.5G e além. Olhando para o futuro, a tecnologia sem fio 5G está no horizonte, que é caracterizada por suportar taxas de dados mais altas, excelente desempenho de ponta a ponta e cobertura ao usuário onipresente com baixa latência, consumo de potência e custo. A solução de infraestrutura viável para as redes 5G de comunicação móvel é conectar cada célula a uma rede óptica de alta capacidade para distribuição (backhaul), que se conecta com uma rede óptica metropolitana (metro) e de longa distância (backbone). A atual procura por aplicações que demandam comunicação máquina-a-máquina, tais como monitoramento em tempo real, cidades e edifícios inteligentes, redes inteligentes, carros autônomos e interconectados, próteses inteligentes, etc, tem contribuído para o surgimento de uma massiva quantidade de dispositivos conectados, a chamada Internet of Anything (IoA). Isso demandará um esforço de pesquisa e implementação para aumentar a capacidade de redes de comunicação já instaladas e futuras.O planejamento e a otimização da operação de redes são problemas do mundo real e possuem um alto nível de complexidade, pois envolve toda a estrutura de equipamentos, arquitetura lógica da rede, além dos mecanismos de gerenciamento e controle. Nas redes ópticas elásticas, a automatização de alguns desses processos por meio de técnicas de otimização vem despertando o interesse da indústria, pois possibilita uma redução de custos e a entrega de redes mais eficientes. O planejamento e gerenciamento automáticos deste paradigma de rede representa um grande desafio, visto que os procedimentos para a alocação de espectro com demandas heterogêneas, a ativação, manutenção e desativação de caminhos ópticos, a escolha apropriada do ponto de operação de vários elementos na rede, como amplificadores, além da elaboração de projetos de menor custo de capital e operacional são problemas complexos e que requerem atenção.Técnicas de inteligência artificial para o planejamento e otimização de operação de redes ópticas de alto desempenho vem sendo empregadas pela comunidade científica como também pela indústria, e experimentos de campo já estão sendo reportados.O objetivo geral do projeto consiste no desenvolvimento de soluções para os planos de dados e controle de redes ópticas, utilizando técnicas de inteligência computacional, métodos cognitivos, métodos de otimização e redes complexas. Com isso, pretende-se contribuir com o desenvolvimento desta tecnologia viabilizadora da Internet, no sentido de torná-la mais eficiente para atender às crescentes demandas de dados da internet do futuro. (AU)

A criptografia de dados está comercialmente bem estabelecida e conta com padrões seguros, como o Advanced Encryption Standard (AES), usados nas camadas superiores do modelo de referência para interconexão de sistemas abertos (Open System for Interconnections, OSI). Por outro lado, a criptografia de sinais ocorre na camada mais baixa do Modelo OSI e constitui um tópico de pesquisa atual e promissor. Existem várias propostas para a realização de criptografia de sinais ópticos. Contudo, no melhor de nosso conhecimento, apenas a codificação espectral por fase e atraso (spectral phase and delay encoding, SPDE) possibilita a manutenção da banda e da taxa de transmissão de sinais que seguem os padrões comerciais da tecnologia de multiplexação por divisão em comprimento de onda (wavelength division multiplexing, WDM). A SPDE também permite a propagação dos sinais encriptados por mais enlaces ópticos que outras técnicas. No entanto, A SPDE não garante que os sinais encriptados satisfaçam as propriedades de difusão e confusão estabelecidas por Shannon e obtidas nos padrões de criptografia de dados. O objetivo desse projeto é desenvolver e testar um procedimento baseado em processamento digital de sinais (DSP) que atribua à SPDE características de segurança similares aos dos padrões de criptografia de dados, como o AES. O sinal criptografado no domínio eletrônico posteriormente modulará uma portadora óptica. O desempenho desse sinal óptico será avaliado por meio de simulações no software VPITransmissionMaker. Uma parceria recente com a Fundação CPqD abre perspectivas para uma avaliação experimental do desempenho desses sinais ópticos. A proposta está vinculada a ação de nossa equipe nos Institutos Nacionais de Ciência e Tecnologia de Fotônica para Comunicações Ópticas 2 (Fotonicom 2), promovido pelo CNPq. (AU)

Porquanto a construção de computador universal quântico ainda parece ser objetivo de futuro distante, nos próximos anos podemos testemunhar construção de primeiro dispositivo que demonstrará superioridade computacional sobre computadores digitais em alguns tarefas específicas, i.e., a demonstração de ''supremacia quântica". Empreses de tecnologia, entre eles Google, Microsoft, IBM e outras, estão no caminho de construir tal dispositivo, alem de laboratórios de pesquisa em Universidades em mundo todo. Atingindo a supremacia quântica é considerado como prova de princípio de existência da superioridade computacional sobre computadores digitais de dispositivos que operam de acordo com as leis da mecânica quântica. Dai vem enorme importância colocada em \textit{demonstração experimental} da supremacia quântica. Como demonstração de supremacia quântica deve necessariamente envolver um sistema mesoscópico, (e.g., BosonSampling demanderia em torno de 50 fótons indistinguíveis, e o Google Bristlecone arquitectura usa 72 qubits em circuitos supecondutores), e como todas propostas desse tipo são para computação de amostragem (sampling) que não possibilitam correção de erros, de principio, ainda não é resolvido se imperfeições em dispositivos reais permitam tal supremacia em realidade. Pode acontecer que imperfeições inevitáveis em dispositivos quânticos abrem possibilidade de simulação digital eficiente, ou, equivalente, possibilitam emulação em um dispositivo cuja operação necessita apenas as leis da física validos no limite clássico. Assim, demonstração de supremacia quântica é \textit{um jogo de competição} entre dispositivos supostamente amparados com superioridade quântica e desempenho de algoritmos que tentam simular tais dispositivos e implementados em computadores digitais. Esses algoritmos podem aproveitar exatamente os inevitáveis erros e imperfeições em realização experimental desses dispositivos. Em termos desses erros, não é muito claro aonde passa exatamente a fronteira entre poder de computação superior quântico e comportamento predominantemente clássico em esses sistemas. Achar aonde passa essa fronteira é o alvo principal desse projeto. A proposta é estudar a transição quântico-clássica em sistemas mesoscópicos que representam a física por traz dos dispositivos propostos para supremacia quântica e achar condições que permitam simulação ou emulação clássica de tais dispositivos. Previamente achamos condições para a estabilidade de supremacia quântica com o BosonSampling, por isso o foco do projeto será essa proposta. (AU)