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Creating and manipulating higher-dimensional entangled photonic quantum systems using integrated optics
Christoph Schäff
Art der Arbeit
Dissertation
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Physik
Betreuer*in
Anton Zeilinger
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-29093.18803.783655-1
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Die Entwicklung einer Platform zur Ermöglichung von Experimenten an höherdimensionalen verschränkten Quantensystemen wird beschrieben. Statt der Realisierung eines spezifschen Experiments wird ein allgemeiner Ansatz mit einem möglichst hohem Grad an Universalität gewählt. Entscheidende Schritte hin zum kompletten Aufbau werden aufgezeigt. Die Entwicklung einer vollständig in Glassfasern integrierten Quelle zur Erzeugung höherdimensionaler wegverschränkter Zustände wird beschrieben. Des Weiteren wird die Entwicklung eines so genannten Multiports zur experimentellen Realisierung jeder beliebigen unitären Transformation von jeglicher Dimension aufgezeigt. Die Vorteile integrierter Lichtwellenleiter wurden zur Realisierung des Multiports verwendet. Methoden zur Charakterisierung und Bestimmung der Qualität des so realisierten Multiports wurden entwickelt und angewendet. Die notwendigen Schritte hin zu einem vollständigen System bestehend aus Quelle und Multiport werden dargelegt, die entwickelten automatisierten Kontrollmechanismen werden beschrieben. Dies führt zu einem universellen auf verschiedene Arten einsetzbaren System. Die Einstellung bestimmter Parameter erlaubt eine direkte Kontrolle der erzeugten verschränkten Zustand, sowie die Einstellung beliebiger lokaler unitärer Transformationen. U.a. wurden ein verschränktes qutrit-qutrit 3 × 3 = 9 dimensionales System erzeugt, sowie der komplette verschränkte Korrelationsraum vermessen. Übereinstimmung mit den theoretischen Erwartungen konnte festgestellt werden. Weitere mögliche Schritte hin zu höherdimensionalen Systemen werden beschrieben u.a. wurde eine neue Realisierung des Multiports entwickelt, welche aufgrund ihrer Ähnlichkeit zu existierenden Systemen eine vielversprechende Möglichkeit zukünftiger Quantensysteme darstellt.
Abstract
(Englisch)
A general photonic platform for experiments in higher-dimensional entangled quantum systems is presented. A universal approach is taken aiming towards a high degree of flexibility. In contrast to a specific design corresponding to a particular experiment a system of great generality is obtained opening the possibility for a variety of different quantum optical experiments. The crucial concepts and steps leading to the final system are presented and discussed: a fully fiber-integrated source creating higher-dimensional path-encoded entangled photons is constructed and tested. In parallel, the so-called general Multiport, a complex device capable of realizing any unitary transformation in any dimension, has been realized using an on-chip integrated approach. Novel methods of testing and characterizing the Multiport have been developed and implemented. Furthermore, the process of interfacing and controlling the source and Multiport is presented, eventually leading to complete automated control of the full quantum system. By changing different parameters of the setup the created entangled state is adjusted while the Multiport allows for any desired local unitary transformation. For the first time, an entangled two qutrits system of this type in a 3 × 3 = 9 dimensional Hilbert space is implemented. Different experiments are realized, i.a. a full scan of the entangled two qutrit correlation space is performed and found in agreement with theoretic predictions. Extensions of the setup are presented and the path towards higher-dimensional systems is further developed offering great potential for future experiments pursuing the same direction.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
Quantum physics quantum optics integrated optics fiber optics
Schlagwörter
(Deutsch)
Quantenphysik Quantenoptik integrierte Optik Faseroptik
Autor*innen
Christoph Schäff
Haupttitel (Englisch)
Creating and manipulating higher-dimensional entangled photonic quantum systems using integrated optics
Paralleltitel (Deutsch)
Erzeugung und Manipulation höherdimensionaler verschränkter photonischer Quantensysteme unter Verwendung von integrierter Optik
Publikationsjahr
2014
Umfangsangabe
119 S. : Ill., graph. Darst.
Sprache
Englisch
Beurteiler*innen
Andrew White ,
Klaas Bergmann
AC Nummer
AC12023290
Utheses ID
30348
Studienkennzahl
UA | 791 | 411 | |