Title (eng)
Experimental certification of high-dimensional photonic entanglement
... under realistic conditions
Parallel title (deu)
Experimenteller Nachweis hoch-dimensionaler Verschränkung an Photonen
Author
Florian Brandt
Advisor
Marcus Huber
Assessor
Marcus Huber
Abstract (deu)
Die experimentelle Untersuchung des erstaunlichsten Phänomens, das von der Quantentheorie hervorgebracht wurde, ist seit vielen Jahren ein sehr umtriebiges Feld. Die Erforschung von Verschränkung hat nicht nur zu einer deutlichen Steigerung unseres Verständnisses der fundamentalen Vorgänge im Mikrokosmos beigetragen, sondern hat auch gezeigt, dass dieses Phänomen für technische Anwendungen gebraucht werden kann. Vor allem die Quantenkommunikation wird von vielen Physikern als das vielversprechendste Gebiet in der Quantentechnologie angesehen. Die vorliegende Arbeit setzt sich zum Ziel, einen signifikanten Beitrag zur Forschung an Quantenkommunikation zu leisten. Nach einer kurzen Einführung und der Behandlung einiger relevanter theoretischer Konzepte wird im zweiten Teil eine neue Messmethode vorgestellt, die den Nachweis hochdimensionaler Verschränkung von sogenannten Laguerre-Gauss Moden deutlich verbessert. Der zweite experimentelle Teil der vorliegenden Arbeit soll den Nachweis eines großen Vorteils erbringen, welche hochdimensionale Systeme (qudits) gegenüber zwei-level Systemen (qubits) zeigen. Es ist eine wohlbekannte Tatsache - zumindest in der Theorie – dass verschänkte qudits signifikant resistenter gegenüber Hintergrundrauschen sind als qubits. Diese Abhandlung setzt sich deshalb auch zum Ziel zu zeigen, dass die räumliche Struktur von Licht ein vielversprechender Kandidat für die Rolle als Informationsträger zukünftiger Kommunikationsprotokolle ist.
Abstract (eng)
The experimental investigation of one of the most counter-intuitive features that quantum theory brought to life has been a busy field since more than four decades. Not only did research in that direction lead to significant improvements of our understanding of the phenomenon called entanglement, but it also suggests that it is possible to harness this special type of quantum-correlations for technical applications in the future. Especially quantum communication is regarded by many physicists as the most promising quantum technology that could pave its way into the everyday life of future generations. This thesis aims to contribute to the development of secure quantum communication channels using the spatial degree of freedom of light. After a short theory section, the first part of this thesis presents a newly developed detection technique for the accurate measurement of a special type of transverse spatial modes of light, namely the Laguerre-Gauss modes. The Laguerre-Gauss modes are a prominent candidate for quantum information processing tasks using Hilbert spaces of d>2. In the second part of this work, the well-known fact – at least from the theory-side - that high-dimensional photonic systems are more robust towards background noise is put to an experimental test. This ought to show the significant increase of noise resistance of the entanglement of systems living in large Hilbert spaces (qudits) compared to qubits. Therefore, this work also aims to show that the transverse spatial DOF of light is a promising candidate for the encoding of information in future communication protocols.
Keywords (eng)
EntanglementOrbital Angular MomentumQuantum OpticsQuantum CommunicationQuantum Information
Keywords (deu)
VerschränkungBahndrehimpulsQuantenoptikQuantenkommunikationQuanteninformation
Subject (deu)
Subject (deu)
Subject (deu)
Subject (deu)
Type (deu)
Persistent identifier
Extent (deu)
85 Seiten : Illustrationen, Diagramme
Number of pages
86
Study plan
Masterstudium Physik
[UA]
[066]
[876]
Association (deu)
Title (eng)
Experimental certification of high-dimensional photonic entanglement
... under realistic conditions
Parallel title (deu)
Experimenteller Nachweis hoch-dimensionaler Verschränkung an Photonen
Author
Florian Brandt
Abstract (deu)
Die experimentelle Untersuchung des erstaunlichsten Phänomens, das von der Quantentheorie hervorgebracht wurde, ist seit vielen Jahren ein sehr umtriebiges Feld. Die Erforschung von Verschränkung hat nicht nur zu einer deutlichen Steigerung unseres Verständnisses der fundamentalen Vorgänge im Mikrokosmos beigetragen, sondern hat auch gezeigt, dass dieses Phänomen für technische Anwendungen gebraucht werden kann. Vor allem die Quantenkommunikation wird von vielen Physikern als das vielversprechendste Gebiet in der Quantentechnologie angesehen. Die vorliegende Arbeit setzt sich zum Ziel, einen signifikanten Beitrag zur Forschung an Quantenkommunikation zu leisten. Nach einer kurzen Einführung und der Behandlung einiger relevanter theoretischer Konzepte wird im zweiten Teil eine neue Messmethode vorgestellt, die den Nachweis hochdimensionaler Verschränkung von sogenannten Laguerre-Gauss Moden deutlich verbessert. Der zweite experimentelle Teil der vorliegenden Arbeit soll den Nachweis eines großen Vorteils erbringen, welche hochdimensionale Systeme (qudits) gegenüber zwei-level Systemen (qubits) zeigen. Es ist eine wohlbekannte Tatsache - zumindest in der Theorie – dass verschänkte qudits signifikant resistenter gegenüber Hintergrundrauschen sind als qubits. Diese Abhandlung setzt sich deshalb auch zum Ziel zu zeigen, dass die räumliche Struktur von Licht ein vielversprechender Kandidat für die Rolle als Informationsträger zukünftiger Kommunikationsprotokolle ist.
Abstract (eng)
The experimental investigation of one of the most counter-intuitive features that quantum theory brought to life has been a busy field since more than four decades. Not only did research in that direction lead to significant improvements of our understanding of the phenomenon called entanglement, but it also suggests that it is possible to harness this special type of quantum-correlations for technical applications in the future. Especially quantum communication is regarded by many physicists as the most promising quantum technology that could pave its way into the everyday life of future generations. This thesis aims to contribute to the development of secure quantum communication channels using the spatial degree of freedom of light. After a short theory section, the first part of this thesis presents a newly developed detection technique for the accurate measurement of a special type of transverse spatial modes of light, namely the Laguerre-Gauss modes. The Laguerre-Gauss modes are a prominent candidate for quantum information processing tasks using Hilbert spaces of d>2. In the second part of this work, the well-known fact – at least from the theory-side - that high-dimensional photonic systems are more robust towards background noise is put to an experimental test. This ought to show the significant increase of noise resistance of the entanglement of systems living in large Hilbert spaces (qudits) compared to qubits. Therefore, this work also aims to show that the transverse spatial DOF of light is a promising candidate for the encoding of information in future communication protocols.
Keywords (eng)
EntanglementOrbital Angular MomentumQuantum OpticsQuantum CommunicationQuantum Information
Keywords (deu)
VerschränkungBahndrehimpulsQuantenoptikQuantenkommunikationQuanteninformation
Subject (deu)
Subject (deu)
Subject (deu)
Subject (deu)
Type (deu)
Persistent identifier
Number of pages
86
Association (deu)
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