Detailansicht
Experimental single-copy entanglement distillation
Philipp Vincent Sohr
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Physik
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Physik
Betreuer*in
Anton Zeilinger
DOI
10.25365/thesis.70161
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-11172.60368.342231-2
Link zu u:search
(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Verteilte Verschränkung ist eine wichtige und exklusive Ressource für viele Quantenkommu-
nikationsprotokolle. Entfernte Parteien können mit lokalen Operationen und klassischer Kom-
munikation alleine keine geteilte Verschränkung erzeugen, sondern Teile von verschränkten
Quantenzuständen müssen über Quantenkanäle gesendet werden. Aufgrund der unvermeid-
lichen Interaktion mit der Umgebung während der Übertragung wird die Verschränkung je-
doch verschlechtert und damit die Sicherheit der Quantenkommunikation beeinträchtigt. Eine
Strategie zur Wiederherstellung der Qualität der Verschränkung zwischen zwei Parteien ist
die Verschränkungsdestillation. Mit gemeinsamen, aber lokalen Operationen und klassischer
Kommunikation kann die Verschränkung eines Ensembles von Quantenzuständen auf Kosten
der Anzahl der Zustände verbessert werden.
In dieser Arbeit wird die Verschränkungsdestillation von Photonenpaaren, die sowohl im
Energie-Zeit-Freiheitsgrad als auch im Polarisationsfreiheitsgrad unabhängig voneinander ver-
schränkt sind, in einem Machbarkeitsexperiment unter ausschließlicher Verwendung passiver
linearer Optiken demonstriert. Dies ist die erste photonische Implementierung, die strikt dem
ursprünglichen Versuchvorschlag folgt, wobei ein polarisierender Strahlteiler effizient als kon-
trolliertes NOT-Gate zwischen den beiden verwendeten Freiheitsgrade fungiert. Außerdem
wird durch den Einsatz von Hyperverschränkung die Erfolgswahrscheinlichkeit pro gesende-
tem Photonenpaar im Vergleich zum ursprünglichen Vorschlag verdoppelt. Es wird gezeigt,
dass verschiedene Beiträge unterschiedlicher Störungsmodelle unabhängig voneinander in die
beiden Freiheitsgrade eingebracht werden können. Die hohen Anforderungen der interferome-
trischen Stabilität werden erfüllt und so wird ein Ensemble mit einem Bit-Flip Fehler in dem
Polarisations Freiheitsgrad und einem Bit- und Bit-Phasen-Flip Fehler in dem Energie-Zeit
Freiheitsgrad erfolgreich destilliert. Die Ergebnisse sind konsistent mit den Vorhersagen des
entwickelten theoretischen Modells.
Da die Verschränkungsdestillation einer der Bausteine eines sogenannten Quanten-Repeaters
ist, sind die Ergebnisse dieser Arbeit von großer Bedeutung für die Verteilung von Ver-
schränkung über große Distanzen und ein zukünftiges Quanten-World-Wide-Web, das Quan-
tencomputer untereinander vernetzt.
Abstract
(Englisch)
Distributed entanglement is a vital and exclusive resource for many quantum communication
protocols. Since remote parties cannot create shared entanglement using local operations
and classical communication (LOCC) alone, parts of entangled quantum states must be sent
via quantum channels. However, due to inevitable interaction with the environment during
transmission, the entanglement is degraded and thus the security of quantum communication
is compromised. One strategy to restore the quality of entanglement between two parties is
entanglement distillation. By LOCC the entanglement of an ensemble of quantum states can
be enhanced at the cost of the number of states.
In this thesis, entanglement distillation of photon pairs entangled in both, the energy-time
degree of freedom (DOF) and the polarisation DOF independently, is demonstrated in a proof
of principle experiment using passive linear optics only. This is the first photonic implemen-
tation that strictly follows the original proposal, with a polarising beam splitter efficiently
acting as deterministic controlled NOT gate between the two employed DOF. Moreover, by
employing hyperentanglement, the probability of success per photon pair sent is doubled com-
pared to the original proposal. It is demonstrated, that various contributions of distinct noise
models can be introduced independently in the two DOF. The high demands of interferometric
stability are met and so an ensemble with a bit flip error in the polarisation DOF and a bit and
bit-phase flip error in the energy-time DOF is successfully distilled. The results are consistent
with the predictions of the developed theoretical model.
Because entanglement distillation is one of the building blocks of a quantum repeater, the
results of this work are of great importance for the distribution of entanglement over long
distances and a future quantum world wide web connecting quantum computers.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
quantum entanglement distillation single-copy hyperentanglement polarisation energy-time quantum communication Franson interferometer
Schlagwörter
(Deutsch)
Verschränkung Photonen Destillation Quantenkommunikation Polarisation Energie-Zeit Hyperverschränkung
Autor*innen
Philipp Vincent Sohr
Haupttitel (Englisch)
Experimental single-copy entanglement distillation
Paralleltitel (Deutsch)
Experimentelle Einzelkopie-Verschränkungsdestillation
Publikationsjahr
2021
Umfangsangabe
vi, 66 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Anton Zeilinger
AC Nummer
AC16463578
Utheses ID
60053
Studienkennzahl
UA | 066 | 876 | |