Ein Beitrag zur Quantenkryptographie in endlichdimensionalen Systemen nebst weiteren Ergebnissen aus dem Gebiet der Quanteninformationstheorie

Diese Dissertation befaßt sich mit quantenkryptographischen Protokollen, die im Gegensatz zu den vorwiegend verwendeten zweidimensionalen Quanten- systemen (Qubits) allgemeine endlichdimensionale Quantensysteme (Qudits) als Träger der Information zulassen. Hauptgegenstand der Untersuchungen ist dabei die maximal tolerierbare Fehlerrate solcher Protokolle und ihr Ver- halten in Abhängigkeit von der Dimension der Informationsträger. Zu diesem Zweck wird eine Reihe von Konzepten eingeführt, die die Behandlung dieser Fragestellung erlauben. Insbesondere werden konkrete Protokolle vorgestellt, die bis zu einer maximal tolerierbaren Fehlerrate verwendbar sind, und es wird gezeigt, daß eine große Klasse von Protokollen bei höheren Fehler- raten unbrauchbar ist. Es stellt sich unter anderem heraus, daß die maximal tolerierbare Fehlerrate in Zwei-Basis-Protokollen mit steigender Dimension auf bis zu 50% wächst. Neben den bisher genannten Schwerpunkten der Dissertation werden einige Einzelergebnisse auf dem Gebiet der Quanteninformationstheorie aufgeführt, die im Laufe des Promotionsvorhabens erzielt wurden.

This PhD thesis deals with quantum-cryptographic protocols which allow general finite-dimensional quantum systems (qudits) as carriers of infor- mation in contrast to the predominantly used two-dimensional quantum systems (qubits). The main focus of investigations is the maximum tolerable error rate of such protocols and its behaviour as a function of the dimension of the information carriers. For this purpose, several concepts are introdu- ced which allow the treatment of this problem. In particular, protocols are presented which work up to a maximum tolerate error rate, and it is shown that a wide class of protocols cannot be used for higher error rates. Among other things, it turns out that the maximum tolerable error rate for two-basis protocols increases up to 50% for high dimensions. Apart from the above-mentioned main subjects of this thesis, some other results from the field of quantum information theory are given, which were achieved during this PhD project.