Details

Autor(en) / Beteiligte

• Kruse, Regina
• Silberhorn, Christine[Akademischer Betreuer]
• Meier, Torsten[Akademischer Betreuer]

Titel

One, two, many modes : development & application of high-dimensional systems for quantum information science

Ort / Verlag

Paderborn

Erscheinungsjahr

2017

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• Hochschulschriften Visual Library - Scan2Web Hochschulschriften UB Paderborn (s2w-hsspadubpb)
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Beschreibungen/Notizen

• Tag der Verteidigung: 22.08.2017
• Open Access
• ger: In den letzten Jahren bestand die Hauptaufgabe der Quantenoptik darin zu zeigen, dass Quantenkonzepte ihre klassischen Gegenstücke übertreffen. In den Bereichen der Kommunikation, Informatik und Metrologie bedingt dieses Ziel die Realisierung von großen Hilberträumen, zusammengesetzt aus der Größe des Netzwerks und der Teilchenzahl. Dazu brauchen wir kompakte Systeme, die große Netzwerke mit vielen Photonen umsetzen.Hier betrachten wir neue Techniken in der hochdimensionalen Quantenoptik. Wir beginnen mit einer Zweipfad-Wellenleiter Quelle, die das lineare System nutzt um die nichtlineare Zustandserzeugung zu beeinflussen und 2-Photonen N00N Zustände erzeugt. Mit photonenzahl-aufgelösten Detektoren bringen wir diese Quelle zur Anwendung. Dazu betrachten wir die Grenzen der zeitgemultiplexten Photonenzählmethode und kalibrieren einen solchen Detektor. Daraufhin wenden wir unsere Quelle für die Quantenkommunikation an und simulieren atmosphärische Störungen auf dem Signal. Zuletzt betrachten wir nicht-lineare Wellenleiter Arrays. Ausgehend hiervon entwickeln wir getriebene "QuantumWalks", die uns, verglichen mit passiven Systemen, erlauben eine fundamental andere Dynamik zu erforschen. Weiterhin bilden wir das immanent nichtlineare Wellenleiter Array auf das immanent lineare BosonSampling Problem ab. Abschließend betrachten wir die Frage, ob Stichprobenverfahren aus gauß'schen Zuständen auf einem klassischen Computer schwierig zu simulieren sind und beantworten sie positiv.
• eng: In recent years, the main quest of quantum optics has been to show that quantum concepts surpass their classical counterparts. In communication, computation and metrology, this necessitates the implementation of large Hilbert spaces, spanned by network size and photon number. Therefore, the challenge is to implement large quantum networks with many photons.Here, we present new techniques aiming towards this goal. We begin our discussion with a dual-path waveguide source that uses the underlying waveguide architecture to tailor the non-linear state generation and produces post-selection free 2-photon N00N states. Then, we apply this source in the few photon regime. To this aim, we consider the fundamental limits of the time-multiplexed measurement method and calibrate a state-of-the-art implementation of this technique. Consequtively, we apply our source for quantum communication to simulate the effects of atmospheric turbulence on a transmitted signal. Finally, we increase the number of waveguides and implement a non-linear waveguide array. Based on this system, we develop the concept of driven quantum walks that allows us to probe fundamentally different dynamics compared to passive systems. Furthermore, we utilise the intrinsically non-linear waveguide array for the intrinsically linear computational problem of BosonSampling. Finally, we answer the question whether sampling from Gaussian states is hard-to-solve on a classical computer in the affirmative.