Description
Date depot: 1 avril 2025
Titre: Optimal quantum communication and discrimination in the single-shot regime
Directeur de thèse:
Marco Túlio QUINTINO (LIP6)
Domaine scientifique: Sciences et technologies de l'information et de la communication
Thématique CNRS : Algorithmique quantique
Resumé: L'information quantique est une branche de la science qui aborde la mécanique quantique sous l'angle de la théorie de l'information. Dans cette approche, les concepts clés de la théorie classique de l'information, tels que les bits, les canaux, les circuits et les relations entrée/sortie, sont étendus pour s'adapter au formalisme de la théorie quantique. Cette vision de la mécanique quantique, fondée sur la théorie de l'information, constitue un fondement important des technologies quantiques et a déjà conduit à des avancées majeures dans les domaines des fondements quantiques, du calcul quantique et de la communication quantique.
Un aspect essentiel de la théorie quantique réside dans l'impossibilité de discriminer parfaitement les états quantiques purs. Cet aspect fondamental de la théorie quantique explique l'impossibilité de cloner les états quantiques, un élément clé du développement des technologies quantiques liées à la cryptographie quantique et à la distribution de clés quantiques. Comme les états quantiques ne peuvent être parfaitement discriminés, nous recherchons souvent une stratégie de discrimination d'état optimale, c'est-à-dire la mesure quantique permettant de discriminer différents états quantiques avec une probabilité maximale.
L'objectif principal est le développement d'outils théoriques pour améliorer les performances des tâches de communication quantique en identifiant les états optimaux dans différents scénarios de communication et en concevant des méthodes efficaces pour les mettre en œuvre.
Résumé dans une autre langue: Quantum information is a branch of science that approaches quantum mechanics from an information theory perspective. In this approach, key concepts from classical information theory, such as bits, channels, circuits, and input/output relations, are extended to fit the formalism of quantum theory. This information-theoretic view of quantum mechanics provides an important foundation for quantum technologies and has already led to breakthroughs in quantum foundations, quantum computation, and quantum communication.
A central aspect of quantum theory is the fact that pure quantum states cannot always be perfectly discriminated. This fundamental aspect of quantum theory is behind the impossibility of cloning quantum states, a cornerstone feature in the development of quantum technologies related to quantum cryptography and quantum key distribution. Since quantum states cannot be perfectly discriminated, we often seek for optimal state discrimination strategy. That is, the quantum measurement that allows us to discriminate different quantum states with maximal probability.
The main goal is the development of theoretical tools to boost the performance of quantum communication tasks by identifying the optimal states in different communication scenario and to designing efficient methods to implement it.