Dokument: Quantum communication via noisy channels

Titel:	Quantum communication via noisy channels
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=18107
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20110429-122601-8
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Englisch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Dr shadman, zahra [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 539,4 KB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 29.04.2011 / geändert 29.04.2011
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 530 Physik
Beschreibungen:	Quantum communication is at the heart of the quantum information theory. We study two types of quantum communication protocols over noisy transmission channels, i.e. super dense coding and cryptography protocols. In the first part of this thesis, for various scenarios, it is discussed how the super dense coding capacity is influenced by noisy quantum channels. The case of memoryless channels as well as those channels with memory which are modelled by uncorrelated and correlated noise, respectively, are considered. Explicitly Pauli channels over arbitrary dimensions are treated and the super dense coding capacity for some resource states is derived. For the qubit depolarizing channel, when noise is uncorrelated, the super dense coding capacity with respect to the input state is also optimized. This illustrates a threshold value of the noise parameter below which the super dense coding capacity is optimized by a maximally entangled initial state, while above the threshold value the super dense coding capacity is optimized by a product state. For Pauli channels, with correlated noise, the case of non unitary encoding is studied and the super dense coding capacity is derived. The first part of this thesis is concluded with an example for multipartite super dense coding. In the second part of the thesis, the problem of optimal eavesdropping on noisy states in quantum key distribution is investigated. The case of the six state protocol, when the signal states are mixed with white noise, is considered. This situation may arise either when Alice deliberately adds noise to the signal states before they leave her lab, or, in a realistic scenario when the eavesdropper (referred to as Eve) is not assumed to replace the noisy quantum channel by a noiseless one. For individual attacks, we find Eve's optimal mutual information with Alice as a function of the quantum bit error rate. Finally, the results illustrate that adding noise on the quantum level can make quantum key distribution more robust against eavesdropping. Die Quantenkommunikation ist ein zentrales Thema der Quanteninformationstheorie. Wir untersuchen zwei Typen von Quantenkommunikationsprotokollen in verrauschten Übertragungskanälen: superdichte Kodierung und Kryptographieprotokolle. Im ersten Teil der Arbeit wird für verschiedene Szenarien der Einfluss von verrauschten Quantenkanälen auf superdichte Verschlüsselungskapazität diskutiert. Es wird sowohl der Fall von gedächtnislosen Kanälen als auch der Fall von Kanälen, deren Gedächtnis durch unkorreliertes und korreliertes Rauschen modelliert wird, betrachtet. Explizit werden Paulikanäle in beliebigen Dimensionen behandelt und die superdichte Verschlüsselungskapazität für einige Ressourcenzustände hergeleitet. Für den Qubit-Depolarisierungskanal mit unkorreliertem Rauschen wird die superdichte Kodierungkapazität abhängig vom Eingangszustand optimiert. Sie illustriert, dass unter einem bestimmten Grenzwert des Rauschparameters die superdichte Kodierungskapazität durch einen maximal verschränkten Zustand und über dem Grenzwert durch Produktzustände optimiert wird. Für Paulikanäle mit korreliertem Rauschen wird der Fall von nicht unitärer Verschlüsselung untersucht und die superdichte Kodierungkapazität hergeleitet. Der erste Teil dieser Arbeit wird mit Beispielen für superdichte Kodierung in Vielteilchensystemen abgeschlossen. Im zweiten Teil dieser Arbeit wird das Problem des optimalen Abhörens von verrauschten Zuständen im Bereich der Quantenschlüsselübertragung untersucht. Der Fall des Sechs-Zustands-Protokolls, in dem die Signalzustände mit weißem Rauschen gemischt werden, wird betrachtet. Diese Situation kann auftreten, wenn Alice bewusst weißes Rauschen zu ihren Signalzuständen mischt, bevor sie ihr Labor verlassen, oder, in einem realistischen Fall, wenn für den Abhörer nicht angenommen wird, dass er den verrauschten Kanal durch einen rauschfreien Kanal ersetzt. Für individuelle Attacken finden wir Eves und Alices optimale Transinformation als Funktion der Quantenbitfehlerrate. Abschließend zeigen die Resultate, dass das Hinzufügen von Rauschen im Quantenbereich die Quantenschlüsselübertragung robuster gegen Abhören machen kann.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät
Dokument erstellt am:	29.04.2011
Dateien geändert am:	29.04.2011
Promotionsantrag am:	17.12.2010
Datum der Promotion:	25.01.2011