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Multi-Photon Interference in a Boson Sampling Computation
Sarah Stöckl
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Physik
Betreuer*in
Philip Walther
DOI
10.25365/thesis.34431
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-29953.03182.452965-5
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Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Quantencomputer sind von großem Interesse, da sie das Potential haben weit mehr zu leisten als klassische Computer. Die Realisierung eines solchen universellen Quantencomputers ist jedoch eine große Herausforderung, da die theoretisch nötigen Bedingungen, mit dem heutigen Stand der Technologie nicht geschaffen werden können. In diesem Zusammenhang bieten sogenannte "Zwischenmodelle" einen guten Kompromiss. Ein solches Konzept ist das sogenannte Boson Sampling, bei dem identische Photonen durch ein passives, lineares Netzwerk geschickt werden um eine Wahrscheinlichkeitsverteilung zu erhalten, die auf nicht-klassischer Interferenz beruht. Diese Verteilung ist proportional zu der Permanenten der komplexen Matrix, die das lineare Netzwerk beschreibt. Da kein effizienter klassischer Algorythmus zur Berechnung einer Matrix mit komplexen Einträgen existiert, bietet die quantenmechanische Version eines Computers die Möglichkeit dieses Problem zu lösen. Der Kern dieser Arbeit ist die Vorstellung eines Experiments, das Boson Sampling einen Schritt weiter führt und anstatt der Permanenten auch die Determinante und Immanenten der Matrix miteinbezieht. Diese Erweiterung ermöglicht eine weit bessere Beschreibung der resultierenden Wahrscheinlichkeitsverteilung und kann dementsprechend für alle Experimente angewendet werden, die auf linearen optischen Netzwerken und einzelnen Photonen beruhen.
Abstract
(Englisch)
Quantum computation has inspired significant interest due to its high potential of outperforming classical computers. However, it is still out of reach to realize a full-scale quantum computer. A good agreement for this problem represent intermediate models of quantum computation, such as boson sampling. Photonic boson sampling processes identical simultaneous photons through a passive linear network to obtain an output distribution relying on non-classical interference. This output probability is proportional to the permanent of the transition matrix, which is hard to compute by conventional computers.
In this thesis I will present a review of the intermediate model of quantum computation and in this context describe multi-photon interference. The main part of the thesis is the experimental implementation of a generalized boson sampling computation, which uses the degree of distinguishability to characterize the output distribution with respect to the photons' property. Therefore not just the permanent but also the determinant and all immanents of the transition matrix have to be taken into account. The results of this experiment show a big improvement over earlier performed boson sampling experiments. This method of boson sampling with controllable distinguishability of the involved photons can be applied to all experiments using linear optical networks and single photons.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
multi-photon interference boson sampling non-classical interference
Schlagwörter
(Deutsch)
Multi-Photonen-Interferenz Boson Sampling nicht-klassische Interferenz
Autor*innen
Sarah Stöckl
Haupttitel (Englisch)
Multi-Photon Interference in a Boson Sampling Computation
Paralleltitel (Deutsch)
Multi-Photonen Interferenz in einer Boson Sampling Computation
Publikationsjahr
2014
Umfangsangabe
VIII, 85 S. : Ill., graph. Darst.
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Philip Walther
Klassifikationen
33 Physik > 33.23 Quantenphysik ,
33 Physik > 33.38 Quantenoptik, nichtlineare Optik
AC Nummer
AC12179646
Utheses ID
30561
Studienkennzahl
UA | 066 | 876 | |