Tilbake til søkeresultatene

IKTPLUSS-IKT og digital innovasjon

Groups and error correction in quantum communication (QOMSEC)

Alternativ tittel: Grupper og feilkorrigering i kvantekommunikasjon (QOMSEC)

Tildelt: kr 3,3 mill.

Kvanteteknologi er et fremvoksende tverrfaglig felt, der matematikere, fysikere, informatikere og ingeniører kombinerer sin samlede kunnskap med mål om å gjøre revolusjonerende vitenskapelige og ingeniørfaglige fremskritt innen vitenskap for å løse viktige samfunns- og industriutfordringer. Sammenlignet med klassiske datamaskiner, vil kvantedatamaskiner kunne redusere regnetiden dramatisk for noen spesifikke oppgaver og dermed være i stand til å løse problemer som tidligere var uhåndterbare. Spesielt vil kvanteteknologi være av avgjørende betydning for utviklingen av en ny æra innen kommunikasjon og kryptografi. Før potensialet til kvanteberegninger vil kunne realiseres, må imidlertid store teoretiske og teknologiske hindringer overvinnes. Det grunnleggende problemet er at komponentene i en kvantedatamaskin på utilsiktet vis påvirkes av hverandre og av omgivelsene. Dette gjør at man bare kan utføre korte og ufullstendige beregninger, med mindre man finner metoder for å motvirke denne defekten. Sårbarheten for feil er for øyeblikket det største enkeltproblemet som holder kvantedatabehandling tilbake fra å kunne leve opp til forventningene. Vårt mål med dette prosjektet er å oppnå nye resultater innen kvantefeilkorrigering, med konkrete anvendelser innen overføring av kvanteinformasjon og klassisk informasjon under påvirkning av støy. Ved å dra nytte av økt kompetanse gjennom samarbeid med forsvarssektoren, forventer vi at vår forskning vil gi verdifulle bidrag innen kommunikasjon, kryptografi og cybersikkerhet. Spesielt vil vi, gjennom en gruppeteorisk tilnærming, utvikle nye matematiske metoder for å oppdage, kvantifisere, redusere og korrigere feil i kvantedatamaskiner som oppstår under påvirkning fra omgivelsene. Vi tar blant annet sikte på å finne nye formler for å evaluere ytelsen til krypteringsmetoder under tilstedeværelse av støy, og studere nye måter å måle effektiviteten til kvantefeilkorrigerende prosesser.

Quantum technology is a very active and rapidly expanding field, that has recently attracted a lot of interest from physicists, mathematicians and computer scientists. The power of quantum computers comes from their ability to use quantum mechanical principles such as superposition, measurement, and entanglement. Arguably, one of the most attractive features of quantum computing is that quantum algorithms are conjectured to solve certain computational problems exponentially faster than any classical algorithm. On a practical level, all these new visions are based on the ability to control the quantum states of (a small number of) micro-systems individually and to use them for information transmission and processing. From a more fundamental point of view, quantum communication is based on the application of principles from quantum mechanics in an information theoretical context, formulated in the mathematical language of linear operators and vector spaces. The goal of the project is to obtain new results in quantum error correction having applications within cryptography and quantum communication based on properties of projective group representations, and by studying new ways of measuring the efficiency of quantum error-correcting processes. In particular, our focus will be on two topics: we first study unitary error bases and frames for quantum systems from a group symmetry perspective, and develop techniques for constructing quantum error-correcting codes. We pay special attention to a class of unitary error bases called nice error bases that come from projective representations of finite groups. Next, we investigate new methods to measure error correction ability for quantum communication channels under the presence of noise. The ability to recover a code under a given noise, subject to various metrics, is then used to give information about the quality of the code.

Budsjettformål:

IKTPLUSS-IKT og digital innovasjon