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Applications of a rigid source of entangled photons
Matthias Fink
Art der Arbeit
Dissertation
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Physik
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Doktoratsstudium NAWI aus dem Bereich Naturwissenschaften (Dissertationsgebiet: Physik)
Betreuer*in
Anton Zeilinger
DOI
10.25365/thesis.65655
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-21281.11602.286567-0
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Die Quantenkryptographie erfährt in jüngster Zeit einen Zuwachs an öffentlichem Interesse aufgrund des ersten interkontinentalen Austauschs von quantenverschlüsselten Nachrichten. Von dieser Faszination und dem technologischen Fortschritt, welchen derartige Satellitenexperimente mit sich bringen, profitieren viele angrenzende Fachgebiete. Beispielhaft dafür ist die hier vorgestellte Photonenquelle, die im Hinblick auf die hohen Anforderungen von Satellitenmissionen entwickelt wurde. Mit diesem Werkzeug in Händen führen wir drei voneinander unabhängige Experimente durch.
Zuerst stellen wir die Stabilität der Quelle unter enormer Belastung in einer Zentrifuge und einem Fallturm unter Beweis. Wir demonstrieren dabei eindrücklich, dass verschränkte Photonen auch abseits von luftgefederten Labortischen zum Einsatz gebracht werden können, und suchen systematisch nach Abweichungen von der Standardtheorie der Quantenmechanik in unterschiedlich stark beschleunigten Bezugssystemen.
Für ein zweites Experiment konstruieren wir ein auf Zwei-Photonen Interferenz basierendes Gyroskop, mit dem wir die Absolutrotation bezüglich des Inertialraumes mit einer Präzision vermessen, welche mit klassischem Licht mit vergleichbarer Intensität wegen des fundamentalen Schrotrauschens der einzelnen Photonen nicht erreicht werden kann.
Abschließend schicken wir die von der Quelle erzeugten Photonenpaare über eine Distanz von \unit[1.2]{km} durch den städtischen Nachthimmel von Wien. Mit einem eigens dafür konstruierten Empfänger untersuchen wir die Sichtbarkeit von Interferenz zweiter Ordnung welche von fundamentaler Bedeutung für die technische Realisierung von Zweigstellen in zukünftigen Quantennetzwerken ist.
Abstract
(Englisch)
Quantum key distribution has recently experienced an increase in public interest due to the first intercontinental exchange of quantum-encrypted messages. Many related disciplines are benefiting from this fascination as well as from the technological progress that accompanies such satellite experiments. Exemplary for this is the photon source presented here, which was developed with the high demands of satellite missions in mind. Using this new tool, we conducted three independent experiments.
In our first experiment we proved the stability of the source under severe stress in a centrifuge and a drop tower. This impressively demonstrated the technical maturity of quantum optics outside the laboratories and beyond trifilar air-suspended tables. Thus, for the first time, the opportunity arose to systematically test photonic quantum entanglement in accelerated reference frames.
In the second experiment we constructed a gyroscope based on two-photon interference. With this fiber optic sensor the absolute rotation with respect to inertial space was measured with a precision beyond the shot-noise limit.
In the last of the three experiments conducted we send the photon pairs generated by the source over a \unit[1.2]{km}-long free-space link through turbulent air across Vienna. Using a receiver designed for this purpose, we investigated the visibility of second-order interference, which is a process of fundamental importance for the implementation of quantum repeaters in future networks.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
Entanglement accelerated NOON HOM gyroscope free space rotation cement mixer
Schlagwörter
(Deutsch)
Verschränkung beschleunigt NOON HOM Gyroskop Freiraum Rotation Mischmaschine
Autor*innen
Matthias Fink
Haupttitel (Englisch)
Applications of a rigid source of entangled photons
Paralleltitel (Deutsch)
Anwendungen einer stabilen Quelle verschränkter Photonen
Publikationsjahr
2020
Umfangsangabe
ix, 139 Seiten : Illustrationen, Diagramme
Sprache
Englisch
Beurteiler*innen
Anton Zeilinger ,
A.
AC Nummer
AC16273462
Utheses ID
58155
Studienkennzahl
UA | 796 | 605 | 411 |