Sistema seguro de votação eletrônica multi-células

Em uso desde a Grécia antiga e atualmente massificado na maioria dos países do mundo, o sistema de votação tradicional baseado em cédulas de papel possui diversos problemas associados à segurança, tais como dificuldades para evitar coerção do eleitor, venda do voto e substituição fraudulenta do eleitor. Além de problemas de usabilidade que acarretam erros de preenchimento da cédula e um processo de apuração lento, que pode durar dias. Ao lado disso, o sistema tradicional não fornece a contraprova do voto, que permite ao eleitor conferir se o seu voto foi corretamente contabilizado na apuração. Inicialmente acreditou-se que a informatização do sistema de votação resolveria todos os problemas do sistema tradicional. Porém, com a sua implantação em alguns países o sistema de votação eletrônica não mostrou-se capaz de fornecer garantias irrefutáveis que não tivesse sido alvo de alterações fraudulentas durante o seu desenvolvimento ou operação. A má reputação do sistema eletrônico está principalmente associada à falta de transparência dos processos que, em sua maioria, não proporcionam a materialização do voto, conferido pelo eleitor para fins de contagem manual, e nem geram evidências (contraprova) da correta contabilização do voto do eleitor. O objetivo deste trabalho é propor uma arquitetura de votação eletrônica que integra, de forma segura, o anonimato e autenticidade do votante, a confidencialidade e integridade do voto/sistema. O sistema aumenta a usabilidade do esquema de votação baseado em "Três Cédulas" de papel, implementando-o computacionalmente. O esquema oferece maior credibilidade ao sistema de votação através da materialização e contraprova do voto, resistência à coerção e ao comércio do voto. Utilizando esquemas de criptografia assimétrica e segurança computacional clássica, associado a um sistema de auditoria eficiente, a proposta garante segurança e transparência nos processos envolvidos. A arquitetura de construção modular distribui a responsabilidade entre suas entidades, agregando-lhe robustez e viabilizando eleições em grande escala. O protótipo do sistema desenvolvido usando serviços web e Election Markup Language mostra a viabilidade da proposta.

Beam splitter entangler for light fields

We propose an experimentally feasible scheme to generate various types of entangled states of light fields by using beam splitters and single-photon detectors. Two beams of light fields are incident on two beam splitters respectively with each beam being asymmetrically split into two parts in which one part is supposed to be so weak that it contains at most one photon. We let the two weak output modes interfere at a third beam splitter. A conditional joint measurement on both weak output modes may result in an entanglement between the other two output modes. The conditions for the maximal entanglement are discussed based on the concurrence. Several specific examples are also examined.

Quantum error correction with biased noise

Quantum computing offers powerful new techniques for speeding up the calculation of many classically intractable problems. Quantum algorithms can allow for the efficient simulation of physical systems, with applications to basic research, chemical modeling, and drug discovery; other algorithms have important implications for cryptography and internet security.

At the same time, building a quantum computer is a daunting task, requiring the coherent manipulation of systems with many quantum degrees of freedom while preventing environmental noise from interacting too strongly with the system. Fortunately, we know that, under reasonable assumptions, we can use the techniques of quantum error correction and fault tolerance to achieve an arbitrary reduction in the noise level.

In this thesis, we look at how additional information about the structure of noise, or "noise bias," can improve or alter the performance of techniques in quantum error correction and fault tolerance. In Chapter 2, we explore the possibility of designing certain quantum gates to be extremely robust with respect to errors in their operation. This naturally leads to structured noise where certain gates can be implemented in a protected manner, allowing the user to focus their protection on the noisier unprotected operations.

In Chapter 3, we examine how to tailor error-correcting codes and fault-tolerant quantum circuits in the presence of dephasing biased noise, where dephasing errors are far more common than bit-flip errors. By using an appropriately asymmetric code, we demonstrate the ability to improve the amount of error reduction and decrease the physical resources required for error correction.

In Chapter 4, we analyze a variety of protocols for distilling magic states, which enable universal quantum computation, in the presence of faulty Clifford operations. Here again there is a hierarchy of noise levels, with a fixed error rate for faulty gates, and a second rate for errors in the distilled states which decreases as the states are distilled to better quality. The interplay of of these different rates sets limits on the achievable distillation and how quickly states converge to that limit.

Scalable quantum memory in the ultrastrong coupling regime

Circuit quantum electrodynamics, consisting of superconducting artificial atoms coupled to on-chip resonators, represents a prime candidate to implement the scalable quantum computing architecture because of the presence of good tunability and controllability. Furthermore, recent advances have pushed the technology towards the ultrastrong coupling regime of light-matter interaction, where the qubit-resonator coupling strength reaches a considerable fraction of the resonator frequency. Here, we propose a qubit-resonator system operating in that regime, as a quantum memory device and study the storage and retrieval of quantum information in and from the Z(2) parity-protected quantum memory, within experimentally feasible schemes. We are also convinced that our proposal might pave a way to realize a scalable quantum random-access memory due to its fast storage and readout performances.

Criptografia: Da origem aos dias atuais

Esta pesquisa foi realizada com a intenção de motivar o estudo da criptografia, mostrando que a matemática e a comunicação estão presentes em diversos momentos, tanto no passado quanto no presente. Este trabalho mostra a origem da criptoanálise e toda a sua evolução dando ênfase nos mecanismos de codificação e decodificação através de exemplos práticos. Além disso, alguns métodos criptográficos são destacados como a cifra de substituição monoalfabética, a cifra de Vigenère, a criptografia RSA que é o método mais conhecido de criptografia de chave pública, as cifras de Hill, o método das transformações lineares e o método de Rabin, devido a sua grande importância para a evolução de sistemas computacionais e assinaturas digitais entre outros. Por fim, mostra-se a importância e a necessidade dos recursos criptográficos nos dias de hoje, na tentativa de impedir que hackers e pessoas que fazem mau uso do conhecimento matemático possam causar danos a sociedade, seja por uma simples mensagem ou até mesmo através de situações mais imprudentes como as transações bancárias indevidas

High-frequency acousto-electric single-photon source

We propose a single optical photon source for quantum cryptography based on the acoustoelectric effect. Surface acoustic waves (SAWs) propagating through a quasi-one-dimensional channel have been shown to produce packets of electrons that reside in the SAW minima and travel at the velocity of sound. In our scheme, the electron packets are injected into a p-type region, resulting in photon emission. Since the number of electrons in each packet can be controlled down to a single electron, a stream of single- (or N-) photon states, with a creation time strongly correlated with the driving acoustic field, should be generated. ©2000 The American Physical Society.

门限密码学中的离散傅里叶变换

基于离散傅里叶变换提出了一种通用的门限密码学中恢复分享秘密的算法。该算法是离散傅里叶变换在门限密码学中的首次应用。利用该算法，门限密码体制可以有效地达到鲁棒性和自适应安全性。同时，引入了设计有效的鲁棒自适应安全的门限密码体制的新的通用技术。

国内外密码学研究现状及发展趋势

本文概括介绍了国内外密码学领域的研究现状,同时对其发展趋势进行了分析。

分布式密码计算平台的架构设计及其实现

分析了常见的密码算法对于分布式计算平台的需求,定义了通用的任务表示格式,使用DCOM技术设计了一个针对密码计算的分布式通用平台及其外挂算法模块;并实现了两种常见的密码攻击算法,给出了测试结果.