Two-photon polarization-entanglement for experiments and applications in quantum communications

Sören Wengerowsky

doi:10.25365/thesis.70862

You are here: University of Vienna PHAIDRA Detail o:1400720

Title (eng)

Two-photon polarization-entanglement for experiments and applications in quantum communications

Parallel title (deu)

Polarisationsverschränkung für Experimente und Anwendungen in der Quantenkommunikation

Author

Sören Wengerowsky

Advisor

Anton Zeilinger

Assessor

Qiang Zhang

Eleni Diamanti

Abstract (deu)

Die Quantenkommunikation bietet eine beweisbare Sicherheit, die auf physikalischen Gesetzen basiert. Um Gewissheit über die Sicherheit zu haben, müssen jedoch die Naturgesetze, auf die sich die Quantenkommunikation stützt, so gut wie möglich verstanden werden. Besonders wichtig ist die Frage, ob Verschränkung durch lokal-realistische Modelle mit Hilfe sogenannter versteckter Variablen erklärt werden kann, da diese auch von einem potentiellen Widersacher ausgenutzt werden könnten. Im Jahr 2015 führten wir ein Experiment mit dem Ziel durch, so viele Schlupflöcher wie möglich zu schließen, die potentielle Erklärungen für die Verletzung der Bell'schen Ungleichung durch Theorien mit lokal-realistischen Variablen ermöglichen. Darüber hinaus wurden weitere Machbarkeitsstudien zur Quantenkommunikation durchgeführt. Zunächst wird demonstriert, dass sich ein am Meeresboden zwischen Malta und Sizilien verlegtes, 96 km langes Unterseekabel dazu eignet, um polarisationsverschränkte Photonen zu verteilen. Weiterhin wurde gezeigt, dass dieses auch mit einer eine 192 km langen Glasfaser möglich ist. Zwei weitere Experimente widmen sich der Frage, wie sich ein Netzwerk der Quantenkommunikation mit mehreren Kommunikationspartnern aufbauen lässt. Hierfür wurde eine Quelle verschränkter Photonenpaare mit einem Frequenz-Multiplex-Verfahren benutzt. Die Frequenz-Kanäle wurden sortiert, sodass alle sechs Verbindungen zwischen den möglichen Paarungen der vier Nutzer durch die paarweise Verteilung von polarisations-verschränkten zwei-Photonen Zuständen gegeben sind. Ein weiteres Experiment dieser Art zur Demonstration eines vollvermaschten Quantenkommunikationsnetzwerkes mit acht Kommunikationspartnern wurde im Rahmen einer Kooperation an der Universität Bristol durchgeführt. Dieses Experiment ist nah an der technischen Anwendung, denn es beinhaltet die Erzeugung von sicheren Schlüsseln, die zur Kommunikation verwendet werden könnten und mehrere Kilometer lange verlegte Faserschlaufen.

Keywords (eng)

quantum communicationentanglementpolarisation entanglementquantum key distributionBell's theorem

Keywords (deu)

QuantenkommunikationVerschränkungPolarisationsverschränkungQKDBell Theorem

Subject (deu)

Quantenphysik

Subject (deu)

Experimentalphysik

Subject (deu)

Quantenoptik, nichtlineare Optik

Subject (deu)

Nachrichtentechnik, Kommunikationstechnik: Allgemeines