Details

Autor(en) / Beteiligte

• Tiedau, Johannes
• Silberhorn, Christine[Akademischer Betreuer]
• Bartley, Tim[Akademischer Betreuer]

Titel

Quantum optics in the photon number basis

Ort / Verlag

Paderborn

Erscheinungsjahr

2020

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

• Tag der Verteidigung: 08.09.2020
• Open Access
• ger: Die Quantenoptik ist ein rasant wachsendes Gebiet mit Anwendungen im Bereich der Kommunikation und der Metrologie. Zwei Sichtweisen werden hierbei besonders häufig verwendet, die als kontinuierliche Variablen (CV) und diskrete Variablen (DV) bezeichnet werden. In dieser Arbeit verbinden wir beide Perspektiven im Hinblick auf mesoskopische Zustände, indem wir DV Messungen im CV Bild interpretieren. Wir werden neue Methoden im Bereich der Zustandserzeugung, Detektion und der Charakterisierung diskutieren. Für die Erzeugung zeigen wir eine neue, effiziente Methode für die Berechnung von Photonenwahrscheinlichkeiten, die es ermöglicht die Limitationen der parametrischen Fluoreszenz in Hinblick auf höhere Fock-Zustände zu finden. Im Bereich der Detektion werden wir Multiplexverfahren weiterentwickeln, die Photonenzahlmessungen ermöglichen, selbst wenn die Detektoren dazu nicht in der Lage sind. Unsere neuen Methoden haben einen stark erweiterten dynamischen Umfang, der sich bis in den nW Bereich erstreckt und somit die Charakterisierung in einem völlig neuen Regime ermöglicht. Abschließend werden wir Erzeugung und Detektion für die experimentelle Charakterisierung verwenden. Drei neue Verfahren, basierend auf der Variation des Messüberlapps und des Phasenraumsamplings, ermöglichen es stärkere Verluste und Phasenfluktuationen zu tolerieren. Obwohl alle Messungen in der Photonenzahlbasis durchgeführt werden, diskutieren wir die Ergebnisse im Phasenraumbild und zeigen, dass dies neue und robuste Messungen ermöglicht.
• eng: Quantum optics is a rapidly advancing field that enables many new applications, especially in communication and sensing. Two perspectives, depending on the measurement, are found in this field, namely the continuous-variable (CV) and discrete variable (DV) pictures. In this thesis, we want to combine these perspectives by applying CV interpretations and DV counting techniques with new methods towards mesoscopic quantum states. We will discuss newly developed methods in quantum state generation, detection, and characterization. For state generation, we show a new method to efficiently calculate photon-number probabilities and use it to find limits for generating higher-order Fock states in parametric down-conversion. On the detection side, we enhance current multiplexing schemes that enable photon-number resolved measurements using binary detectors. Our new schemes have a massively increased dynamic range and can handle average powers in the nW range enabling quantum characterizations in a completely new regime. Finally, we combine our generation and detection work to experimentally show quantum tomography with three new characterization schemes based on overlap variations and phase space sampling that allow for higher losses and stronger phase fluctuations. Although all measurements are made in the photon number basis, we discuss the reconstructed state in the phase-space picture and show that the interplay between CV and DV pictures enables new, robust measurements.