-
Notifications
You must be signed in to change notification settings - Fork 0
/
Copy pathThesis.tex
299 lines (241 loc) · 12.1 KB
/
Thesis.tex
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
130
131
132
133
134
135
136
137
138
139
140
141
142
143
144
145
146
147
148
149
150
151
152
153
154
155
156
157
158
159
160
161
162
163
164
165
166
167
168
169
170
171
172
173
174
175
176
177
178
179
180
181
182
183
184
185
186
187
188
189
190
191
192
193
194
195
196
197
198
199
200
201
202
203
204
205
206
207
208
209
210
211
212
213
214
215
216
217
218
219
220
221
222
223
224
225
226
227
228
229
230
231
232
233
234
235
236
237
238
239
240
241
242
243
244
245
246
247
248
249
250
251
252
253
254
255
256
257
258
259
260
261
262
263
264
265
266
267
268
269
270
271
272
273
274
275
276
277
278
279
280
281
282
283
284
285
286
287
288
289
290
291
292
293
294
295
296
297
298
299
\documentclass[french,12pt,a4paper]{book}
\usepackage{gensymb}
\usepackage[utf8]{inputenc}
\usepackage[T1]{fontenc}
\usepackage[english]{babel}
\usepackage[default, scale=.95]{opensans} % police Open Sans
\usepackage{fontawesome}
\usepackage{amsmath}
\usepackage{amsfonts}
\usepackage{fancyhdr}
\usepackage{amssymb}
\usepackage{dsfont}
\usepackage{xcolor} % où color selon l'installation
\definecolor{Prune}{RGB}{99,0,60} % l14-33 : couleurs de la charte graphique upsaclay
\definecolor{B1}{RGB}{49,62,72}
\definecolor{C1}{RGB}{124,135,143}
\definecolor{D1}{RGB}{213,218,223}
\definecolor{A2}{RGB}{198,11,70}
\definecolor{B2}{RGB}{237,20,91}
\definecolor{C2}{RGB}{238,52,35}
\definecolor{D2}{RGB}{243,115,32}
\definecolor{A3}{RGB}{124,42,144}
\definecolor{B3}{RGB}{125,106,175}
\definecolor{C3}{RGB}{198,103,29}
\definecolor{D3}{RGB}{254,188,24}
\definecolor{A4}{RGB}{0,78,125}
\definecolor{B4}{RGB}{14,135,201}
\definecolor{C4}{RGB}{0,148,181}
\definecolor{D4}{RGB}{70,195,210}
\definecolor{A5}{RGB}{0,128,122}
\definecolor{B5}{RGB}{64,183,105}
\definecolor{C5}{RGB}{140,198,62}
\definecolor{D5}{RGB}{213,223,61}
\usepackage{mdframed}
\usepackage{multirow} %% Pour mettre un texte sur plusieurs rangées
\usepackage{multicol} %% Pour mettre un texte sur plusieurs colonnes
\usepackage{scrextend} %Forcer la 4ème de couverture en page pair
\usepackage{tikz}
\usepackage{graphicx}
\usepackage[absolute]{textpos}
\usepackage{colortbl}
\usepackage{array}
\usepackage{geometry}
\usepackage{titlesec}
\usepackage{tocloft}
\usepackage{hyperref}
\usepackage{csquotes}
\usepackage{physics}
\usepackage{mathrsfs}
\usepackage{tabularx}
\usepackage{subcaption}
\usepackage{wasysym}
\usepackage[backend=biber,style=alphabetic]{biblatex}
\addbibresource{references.bib}
\usepackage[toc,acronym]{glossaries}
\input{math.tex}
\input{acronyms.tex}
\input{command.tex}
\hypersetup{ % paramétrage couleur des liens hypertextes, toujours garder colorlinks=true
colorlinks=true,
linkcolor=black,
citecolor=B4,
urlcolor=purple}
\makeatletter
\renewcommand{\numberline}[1]{%
\@cftbsnum #1\@cftasnum~\@cftasnumb%
}
\makeatother
\pagestyle{plain} % pour ne garder que les n°de page en milieu-bas et supprimer les indications de chapitre en marge haute
\begin{document}
\begin{titlepage}
%\thispagestyle{empty}
\newgeometry{left=6cm,bottom=2cm, top=1cm, right=1cm}
\tikz[remember picture,overlay] \node[opacity=1,inner sep=0pt] at (-13mm,-135mm){\includegraphics{Logo/Frame-ups.pdf}};
%*****************************************************
%******** NUMÉRO D'ORDRE DE LA THÈSE À COMPLÉTER *****
%******** POUR LE SECOND DÉPOT *****
%*****************************************************
\color{white}
\begin{picture}(0,0)
\put(-152,-743){\rotatebox{90}{\Large \textsc{THESE DE DOCTORAT}}} \\
\put(-120,-743){\rotatebox{90}{NNT : 2023UPASP049}} %2020UPASA001
\end{picture}
%*****************************************************
%** LOGO ÉTABLISSEMENT PARTENAIRE SI COTUTELLE
%** CHANGER L'IMAGE PAR DÉFAUT **
%*****************************************************
\vspace{-14mm} % à ajuster en fonction de la hauteur du logo
%\flushright \includegraphics[scale=1]{logo2.png}
%*****************************************************
%******************** TITRE **************************
%*****************************************************
\flushright
\vspace{30mm} % à régler éventuellement
\color{Prune}
\fontfamily{cmss}\fontseries{m}\fontsize{22}{26}\selectfont
\Huge
Device-independent certification: quantum resources and \\
quantum key distribution
\normalsize
\color{black}
\Large{\textit{Certification \guillemotleft bo\^ite noire\guillemotright: ressources quantiques et distribution quantique de clé }}\\
%*****************************************************
\fontfamily{fvs}\fontseries{m}\fontsize{8}{12}\selectfont
\vspace{1.5cm}
\normalsize
\textbf{Thèse de doctorat de l'université Paris-Saclay} \\
\vspace{6mm}
\small École doctorale n\degree564 : physique en Île-de-France (PIF)\\
\small Spécialité de doctorat: Physique\\
\small Graduate School : Physique, Référent : Faculté des sciences d'Orsay \\
\vspace{6mm}
\footnotesize Thèse préparée à l’\textbf{Institut de Physique Théorique (Université Paris-Saclay, CNRS, CEA)} sous la direction de \textbf{Nicolas Sangouard}, professeur (CEA). \\
\vspace{15mm}
\textbf{Thèse soutenue à Paris-Saclay, le 17 mai 2023, par}\\
\bigskip
\Large {\color{Prune} \textbf{Xavier VALCARCE}}
%************************************
\vspace{\fill} % ALIGNER LE TABLEAU EN BAS DE PAGE
%************************************
\bigskip
\flushleft
\small \textbf{Composition du jury}\\
\vspace{2mm}
\small Membres du jury avec voix délibérative \\
\vspace{2mm}
\scriptsize
\begin{tabular}{|p{7cm}l}
\arrayrulecolor{Prune}
\textbf{Eleni DIAMANTI} & Présidente\\
Directrice de recherche, Sorbonne Université, Laboratoire d'informatique (LIP6), CNRS. & \\
\textbf{Antonio AC\'IN} & Rapporteur \& Examinateur \\
Professeur ICREA, Institut de Ciències Fotòniques (ICFO). & \\
\textbf{Nicolas BRUNNER} & Rapporteur \& Examinateur \\
Professeur Ordinaire, Département de Physique Appliquée, Université de Genève. & \\
\textbf{Peter BROWN} & Examinateur \\
Assistant Professeur, Télécom Paris, Institut Polytechnique de Paris. &
\end{tabular}
\end{titlepage}
\Ifthispageodd{\newpage\thispagestyle{empty}\null\newpage}{}
\thispagestyle{empty}
\newgeometry{top=1.5cm, bottom=1.25cm, left=2cm, right=2cm}
\fontfamily{rm}\selectfont
\lhead{}
\rhead{}
\rfoot{}
\cfoot{}
\lfoot{}
\noindent
%*****************************************************
%***** LOGO DE L'ED À CHANGER IMPÉRATIVEMENT *********
%*****************************************************
\includegraphics[height=2.45cm]{Logo/logo_usp_PIF.png}
\vspace{.5cm}
%*****************************************************
\fontfamily{cmss}\fontseries{m}\selectfont
\small
\begin{mdframed}[linecolor=Prune,linewidth=1]
\textbf{Title:} Device-independent certification: quantum resources and quantum key distribution
\noindent \textbf{Keywords:} Quantum Information, Quantum Communication, Quantum Internet, Quantum Cryptography, Device-independent Certification, Device-independent Quantum Key Distribution
\vspace{-.5cm}
\begin{multicols}{2}
\noindent \textbf{Abstract:}
Quantum information is a new paradigm in which quantum systems are used to carry, transfer and process information.
Leveraging fundamental properties of quantum physics, quantum information protocols have been developed to enhance the capabilities of classical protocols for computation and communication tasks.
In particular, non-local correlations have been used to reliably certify quantum systems and to provide unprecedented security guarantees on cryptographic protocols.
These certifications and security proofs are \textit{device-independent} -- they can be formulated solely from the observed statistics of measurement results, without making assumptions on the inner-working of the quantum devices from which these results originate.
In this thesis, we study two of these device-independent protocols, from their foundations to their experimental implementations.
Firstly, we explore self-testing, the most fundamental device-independent protocol, which suitably certifies the functioning of quantum devices.
In our effort, we highlight fundamental limits of self-testing, and widen its range of applicability.
Secondly, we investigate device-independent quantum key distribution, a quantum cryptographic protocol that can be used to secure data exchange with provable security guarantees.
Beside extensions of existing security proofs, we also propose a way to generate new implementation schemes which could lead to a first photonic realisation of device-independent quantum key distribution.
Finally, we wrap up all of these protocols into a global perspective, showing how self-testing and quantum cryptography are complementary elements in the realisation of a quantum internet.
\end{multicols}
\end{mdframed}
\vspace{2mm}
\begin{mdframed}[linecolor=Prune,linewidth=1]
\textbf{Titre:} Certification \guillemotleft bo\^ite noire\guillemotright: ressources quantiques et distribution quantique de clé
\noindent \textbf{Mots clés:} Information Quantique, Communication Quantique, Internet Quantique, Cryptographie Quantique, Certification «boîte noire», Distribution quantique de clé de type «boîte noire»
\vspace{-.5cm}
\begin{multicols}{2}
\noindent \textbf{Résumé:}
L'information quantique est un nouveau paradigme qui utilise des systèmes quantiques pour le transfert, l'échange et le traitement de l'information.
En tirant avantage des propriétés de la physique quantique, les protocoles d'information quantique offrent des améliorations notables sur certains protocoles classiques de calculs et de communication.
Grâce aux corrélations non-locales, il est possible de certifier de façon fiable des systèmes quantiques et de construire des protocoles cryptographiques avec des garanties de sécurité inégalée.
Certaines de ces certifications et preuves de sécurité adoptent une approche \textit{boîte noire} -- elles peuvent être formulées à partir des statistiques de résultats de mesures, sans faire d'hypothèse sur le fonctionnement interne des appareils quantiques à l'origine de ces statistiques.
Dans cette thèse, nous étudions deux de ces protocoles boîte noire, de leurs fondements à leurs réalisations expérimentales.
Tout d'abord, nous explorons le self-testing, le protocole boîte noire le plus fondamental, qui certifie adéquatement le fonctionnement d'appareils quantiques.
Nos recherches ont mis en lumière des limites fondamentales du self-testing et ont permis d'étendre son champ d'application.
Dans un second temps, nous analysons la distribution quantique de clé de type boîte noire, un protocole de cryptographie quantique ayant une sécurité démontrable.
En plus d'avoir étendu les preuves de sécurité, nous proposons également une méthode produisant des schémas expérimentaux ouvrant la voie à une première expérience photonique de distribution quantique de clés de type boîte noire.
Finalement, nous inscrivons ces protocoles dans une perspective plus globale en montrant comment le self-testing et la cryptographie quantique sont des éléments-clés dans le développement d'un internet quantique.
\end{multicols}
\end{mdframed}
\titleformat{\part}[block]{\bfseries\Huge\color{Prune}\filright}{\thepart\ --\ }{.1ex}
{\vspace{0.1ex}
}
[\vspace{1ex}]
\titleformat{\chapter}[hang]{\bfseries\Large\color{Prune}}{\thechapter\ -}{.1ex}
{\vspace{0.1ex}
}
[\vspace{1ex}]
\titlespacing{\chapter}{0pc}{0ex}{0.5pc}
\titleformat{\section}[hang]{\bfseries\normalsize}{\thesection\ .}{0.5pt}
{\vspace{0.1ex}
}
[\vspace{0.1ex}]
\titlespacing{\section}{1.5pc}{4ex plus .1ex minus .2ex}{.8pc}
\titleformat{\subsection}[hang]{\bfseries\small}{\thesubsection\ .}{1pt}
{\vspace{0.1ex}
}
[\vspace{0.1ex}]
\titlespacing{\subsection}{3pc}{2ex plus .1ex minus .2ex}{.1pc}
\newcounter{article}
\newcommand{\article}[1]{%
\par\refstepcounter{article}% Increase section counter
\sectionmark{#1}% Add section mark (header)
\addcontentsline{toc}{chapter}{\protect\numberline{Article \thearticle}#1}% Add section to ToC
% Add more content here, if needed.
}
\frontmatter
\newgeometry{top=4cm, bottom=4cm, left=2cm, right=2cm}
\input{chapters/front/acknowledgements.tex}
\newpage
\begingroup
\hypersetup{linkcolor=black}
\tableofcontents
\endgroup
\newgeometry{top=4cm, bottom=4cm, left=4cm, right=4cm}
%\printglossary[type=\acronymtype,title=Acronyms, toctitle=Acronyms]
\glssetwidest{DIQKD~~}
\printglossary[type=\acronymtype,style=alttree,nonumberlist]
\input{chapters/front/front.tex}
\mainmatter
\input{chapters/overview/overview.tex}
\input{chapters/selftesting/selftesting.tex}
\input{chapters/deviceindependent/di.tex}
\input{chapters/conclusion.tex}
\backmatter
\printbibliography[heading=bibintoc]
\end{document}