FET: Small: Theoretical Foundations and Applications of High Dimensional Quantum Communication

FET:小:高维量子通信的理论基础和应用

基本信息

  • 批准号:
    2006126
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 31.78万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2020
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2020-10-01 至 2024-09-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Quantum cryptography promises a future communication infrastructure that is secure not only today, but also against future technological breakthroughs, such as the development of large-scale quantum computers. However, despite this great potential, there are two critical shortcomings that must be overcome before this technology can see wide-scale adoption. First is noise tolerance and the second is efficiency. High-dimensional quantum states are a prime candidate to solve both problems as preliminary evidence shows, however an exact study of why this true; when it actually occurs; and how to effectively harness this power are still unanswered questions. This project deepens our understanding of high-dimensional quantum communication, develops insights to answer these questions, while also discovering new applications and protocols to more readily, and more effectively, harness the power of higher-dimensional quantum communication systems. Furthermore, this project provides opportunities for undergraduate researchers to become involved and also provides new material for undergraduate education in quantum technology, vital to the future workforce and research.This project's ultimate goal is to shed light on the theoretical foundations of high-dimensional quantum secure communication in applications including, and beyond, quantum key distribution. The PI is developing novel quantum protocols utilizing high-dimensional quantum states, while also developing the necessary information theoretic tools needed to analyze their behavior and security. Various noise scenarios are considered, along with novel adaptive protocols allowing for optimized performance over a variety of operational scenarios. The information theoretic methods developed in this project, allowing us to prove security of these new protocols, also have broad application to other research areas within quantum information science. Furthermore, these new protocols hold numerous advantages over current work, while also allowing us to probe further at the foundations of quantum secure communication. New cryptographic applications of high-dimensional states are also under investigation, in a variety of security models, creating theoretical insights, and also potentially more practical systems.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
量子密码学承诺未来的通信基础设施不仅在今天是安全的,而且在未来的技术突破中也是安全的,例如大规模量子计算机的发展。 然而,尽管有巨大的潜力,但在这项技术被广泛采用之前,必须克服两个关键的缺点。 首先是噪声容限,其次是效率。 正如初步证据所显示的那样,高维量子态是解决这两个问题的主要候选者,然而,为什么这是真的,何时真正发生,以及如何有效地利用这种力量的确切研究仍然是未回答的问题。 该项目加深了我们对高维量子通信的理解,开发了回答这些问题的见解,同时还发现了新的应用和协议,以更容易,更有效地利用高维量子通信系统的力量。 此外,该项目还为本科研究人员提供了参与的机会,并为量子技术本科教育提供了新的材料,这对未来的劳动力和研究至关重要。该项目的最终目标是阐明高维量子安全通信的理论基础。应用包括量子密钥分发等。 PI正在开发利用高维量子态的新型量子协议,同时还开发分析其行为和安全性所需的必要信息理论工具。 各种噪声的情况下被认为是,沿着与新的自适应协议,允许在各种操作场景的优化性能。 在这个项目中开发的信息论方法,使我们能够证明这些新协议的安全性,也有广泛的应用到量子信息科学的其他研究领域。 此外,这些新协议比目前的工作具有许多优势,同时也使我们能够进一步探索量子安全通信的基础。 新的加密应用的高维状态也正在调查中,在各种安全模型,创造理论的见解,也可能更实用的系统。这个奖项反映了NSF的法定使命,并已被认为是值得的支持,通过评估使用基金会的知识价值和更广泛的影响审查标准。

项目成果

期刊论文数量(6)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Security of a High Dimensional Two‐Way Quantum Key Distribution Protocol
  • DOI:
    10.1002/qute.202200024
  • 发表时间:
    2022-03
  • 期刊:
  • 影响因子:
    4.4
  • 作者:
    Walter O. Krawec
  • 通讯作者:
    Walter O. Krawec
Quantum random number generation with practical device imperfections
  • DOI:
    10.1117/12.2618388
  • 发表时间:
    2022-05
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Walter O. Krawec
  • 通讯作者:
    Walter O. Krawec
Quantum Sampling for Finite Key Rates in High Dimensional Quantum Cryptography
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High-Dimensional Quantum Conference Key Agreement
Semi-Source Independent Quantum Walk Random Number Generation
半源独立量子行走随机数生成
  • DOI:
    10.1109/itw48936.2021.9611496
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Bae, Minwoo;Krawec, Walter O.
  • 通讯作者:
    Krawec, Walter O.
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知道了