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Theoretical Foundations of Quantum Cryptography II

English title Theoretical Foundations of Quantum Cryptography II
Applicant Christandl Matthias
Number 150734
Funding scheme SNSF Professorships
Research institution Department of Mathematical Sciences University of Copenhagen
Institution of higher education ETH Zurich - ETHZ
Main discipline Theoretical Physics
Start/End 01.09.2014 - 31.08.2016
Approved amount 163'544.00
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All Disciplines (3)

Discipline
Theoretical Physics
Information Technology
Mathematics

Keywords (7)

quantum information theory; quantum cryptography; multiparticle entanglement; foundations of physics; quantum tomography; quantum mechanics; quantum key distribution

Lay Summary (German)

Lead
Quantenkryptographie ist eine neue Technologie, welche Effekte der Quantentheorie dazu verwendet, um absolut sichere Kommunikation, zum Beispiel über das Internet, zu ermöglichen. In den letzten Jahren wurde die Quantenkryptographie zwischen einem Sender und einem Empfänger intensiv studiert und es wurde ein gutes theoretisches Verständnis davon erreicht. Dieses Projekt hat zum Ziel, Fortschritte bei der sicheren Quantenkommunikation zwischen mehreren Sendern und Empfängern zu erreichen.
Lay summary
Kryptographie bedeutet "geheimes Schreiben" und versteht sich traditionell als die Kunst, eine Nachricht so zu verschlüsseln, dass Sie nur ein bestimmter Empfänger wieder entschlüsseln und somit lesbar machen kann. Heutzutage ist die Kryptographie ein etabliertes Forschungsgebiet innerhalb der Informatik, welche sich mit jeglicher Art von elektronischer Kommunikation zwischen Menschen beschäftigt, die sich nicht vertrauen. Kryptographie ist ein wesentlicher Bestandteil der heutigen Kommunikation über das Internet, besonders sichtbar für den Endkunden im online-banking, beim online Einkaufen und, noch stärker in der Zukunft, beim elektronischen Wählen. In den 1980er und 90er Jahren kam die Idee auf, Effekte der Quantenmechanik zu benutzen, um eine Verschlüsselungsstärke zu erreichen, die mit traditionellen Verschlüsselungssystemen unerreichbar ist. Solche Systeme wurden auch schon experimentell realisiert und haben zur Etablierung des Forschungsgebiets Quantenkrypgraphie beigetragen. Dieses Projekt hat zum Ziel, die theoretischen Grundlagen der Quantenkryptographie zu festigen. Erreicht werden soll dieses Ziel durch die Entwicklung mathematischer Methoden zur Sicherheitsanalyse, sowie durch die Entwicklung von Protokollen zur sicheren Kommunikation zwischen mehreren Kommunikationsteilnehmern.

Direct link to Lay Summary Last update: 14.08.2013

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Name Institute

Publications

Publication
Quantum Circuits for Isometries
Iten Raban, Colbeck Roger, Kukuljan Ivan, Home Jonathan, Christandl Matthias (2016), Quantum Circuits for Isometries, in Phys. Rev. A, 93, 032318.
Smooth Entropy Bounds on One-Shot Quantum State
Berta Mario, Touchette David, Christandl Matthias (2016), Smooth Entropy Bounds on One-Shot Quantum State, in IEEE Trans. Inf. Th., 62, 1425.
Limitations on quantum key repeaters
Bäuml Stefan, Bäuml Stefan, Christandl Matthias, Horodecki Karol, Horodecki Karol, Winter Andreas, Winter Andreas, Winter Andreas (2015), Limitations on quantum key repeaters, in Nature Communications, 6, 6908.

Collaboration

Group / person Country
Types of collaboration
Prof. Wilde, Louisiana State University, Baton Rouge, LA United States of America (North America)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Publication
QuiCS, University of Maryland, MD United States of America (North America)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Publication
- Exchange of personnel
Dr. Frédéric Dupuis, Masaryk University, Brno Czech Republic (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Publication
Prof. Brandao, Caltech, Pasadena, CA United States of America (North America)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Publication
- Exchange of personnel
International Institute of Physics, Universidad Federal do Rio Grande do Norte, Natal Brazil (South America)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Publication
Prof. Renner, Institut für theoretische Physik, ETH Zürich Switzerland (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Publication
- Research Infrastructure
- Exchange of personnel

Scientific events

Active participation

Title Type of contribution Title of article or contribution Date Place Persons involved
Conference on the Theory of Quantum Computation and Quantum Information Talk given at a conference Catalytic decoupling 27.09.2016 Free University of Berlin, Berlin, Germany Majenz Christian;
Beyond IID Workshop Talk given at a conference Catalytic decoupling 18.07.2016 Institut d'Estudis Catalans, Barcelona, Spain Majenz Christian;
International Symposium on Information Theory Poster Catalytic decoupling" 10.07.2016 Universitat Pompeu Fabra, Barcelona, Spain Majenz Christian;
Central European Quantum Information Processing, Poster "Catalytic decoupling" 16.06.2016 Valtice, Czech Republic, Czech Republic Majenz Christian;
Workshop on quantum non-locality, causal structures and device-independent quantum information Talk given at a conference Talk about "Information-theoretic Implications of quantum causal structures" 10.12.2015 Tainan, Taiwan, Taiwan Majenz Christian;
Workshop on quantum metrology, interaction, and causal structure Talk given at a conference Talk about "Information-theoretic Implications of quantum causal structures" 01.12.2015 Tsinghua University, Beijing, China Majenz Christian;
Quantum Algorithmics Talk given at a conference Limitations on Quantum Key Repeaters 21.09.2015 Riga, Latvia Christandl Matthias;
Boole Conference Talk given at a conference Limitations on Quantum Key Repeaters 17.08.2015 Cork, Ireland Christandl Matthias;
Advances In Quantum Cryptography Workshop Talk given at a conference Limitations on Quantum Key Repeaters 23.03.2015 Paris, France Christandl Matthias;
Workshop on Quantum Metrology, Interaction, and Causal Structure Talk given at a conference Information-theoretic implications of quantum causal structures 01.12.2014 Beijing, China Majenz Christian;
Stanford Quantum Info Seminar Individual talk Limitations on Quantum Key Repeaters 07.11.2014 Stanford University, United States of America Christandl Matthias;


Self-organised

Title Date Place
Qcrypt 2015 (Steering committee member) 28.09.2015 Tokyo, Japan

Awards

Title Year
Elected Member of the Royal Danish Society of Sciences and Letters 2016

Associated projects

Number Title Start Funding scheme
128455 Theoretical Foundations of Quantum Cryptography 01.06.2010 SNSF Professorships

Abstract

In recent years, researchers have gained a good understanding of quantum cryptography involving two parties, for instance in the generation of a secret key between two parties with help of the exchange of quantum bits. Yet the study of quantum protocols for secure communication involving multiple parties, for instance the joint counting of online votes, is still in its infancy. It is the goal of this research project to make a significant step towards a comprehensive understanding of multipartite quantum cryptography. Just as the Internet, where a network of computers has replaced point-to-point communication, the future of secure quantum communication will involve multiple parties. This project is therefore expected to impact current experiments as well as our future communication infrastructure.
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