Details

Autor(en) / Beteiligte

• Thiele, Frederik
• Bartley, Tim[Akademischer Betreuer]
• Jöns, Klaus[Akademischer Betreuer]

Titel

Opto-electronics for quantum communication at cryogenic temperatures : = Optoelektronik bei tiefen Temperaturen für Quantenkommunikation

Ort / Verlag

Paderborn

Erscheinungsjahr

2023

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

• Tag der Verteidigung: 25.10.2023
• Open Access
• ger: Quantenoptik ermöglicht eine effiziente Informationsverarbeitung. Die optischen Komponenten müssen hierfür hohe Anforderungen erfüllen, um die Quantenzustände des Lichts und eine Quantenüberlegenheit gegenüber klassischen Methoden zu erhalten. Integrierte Quantenphotonik verheißt diese Überlegenheit zu ermöglichen, indem essenzielle Komponenten wie zum Beispiel Einzelphotonendetektoren, Modulatoren und Detektoren auf Chips integriert werden. Lithiumniobat ist eine vielversprechende Plattform um integrierte Quantenphotonik zu realisieren, da Einzelphotonengeneration mit Frequenzkonversionsprozessen und elektro-optischer Modulation in diesem System umgesetzt werden kann. Zusätzlich ermöglicht das Aufkommen von supraleitenden Dünnschicht-Einzelphotondetektoren (SNSPDs) eine hohe Detektionseffizienz, ein geringes Taktzittern, ein geringes Dunkelrauschen und eine gute Integrierbarkeit in photonische Systeme .Allerdings benötigen diese supraleitenden Detektoren kryogene Arbeitstemperaturen. Um vollumfängliche quanten-photonische Systeme zu realisieren, werden wir Lithiumniobat-Schaltkreise in diesem Temperaturbereich betreiben. Zusätzlich müssen wir den Betrieb von Lichtquellen, Modulatoren und Detektoren zur Informationsverarbeitung testen. Im Rahmen dieser Dissertation werden wir zeigen, dass die fundamentalen Eigenschaften des Lichts mit kryogenen Phasenmodulatoren, direktionalen Kopplern und Polarisationskonvertern manipuliert werden können. Zusätzlich werden wir opto-elektronische Betriebstechniken von supraleitenden Detektoren entwickeln, die auf den kryogenen Modulationsfähigkeiten aufbauen.
• eng: In recent years, quantum optics enabled efficient information processing. High performing components are needed in order to preserve the quantum states of light and achieve advantage over classical processing methods. Integrated quantum photonics promises to achieve this with the on-chip integration of all essential components such as single photon sources, modulators and detectors. Lithium niobate is a promising platform to achieve integrated quantum optics due the capabilities in single photon generation with frequency conversion processes and electro-optic modulation. Furthermore, the advent of superconducting nanowire single photon detectors (SNSPDs) enables single photondetection with high detection efficiencies, low timing jitter, low dark counts, and the integration into photonic platforms. However, these superconducting detectors requirecryogenic operation temperatures. In order to realize a fully capable quantum photonicplatform, we want to operate lithium niobate in the cryogenic temperature regime. Furthermore, we need to combine the operation of light sources, modulators, and detectorsfor information processing. In this work, we establish cryogenic optical modulation of the main degrees of freedom in light by realizing cryogenic phase modulators, directionalcoupler, and polarization converters. Building on the cryogenic modulation capabilities,we realize optical operation methods for SNSPDs with opto-electronic components.