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Dissertation

Autor(en): David Höckel
Titel: Narrow-band single photons as carriers of quantum information
Gutachter: Oliver Benson; Achim Peters; Christine Silberhorn
Erscheinungsdatum: 13.01.2011
Volltext: pdf (urn:nbn:de:kobv:11-100180124)
Fachgebiet(e): Physik
Schlagwörter (ger): Einzelphotonenquellen, Parametrische Fluoreszenz, Photonenstatistik, Elektromagnetisch induzierte Transparenz
Schlagwörter (eng): Single photon sources, Parametric down-conversion, Photon statistics, Electromagnetically induced transparency
Einrichtung: Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät I
Lizenz: Namensnennung - Keine kommerzielle Nutzung - Keine Bearbeitung (CC BY NC ND)
Zitationshinweis: Höckel, David: Narrow-band single photons as carriers of quantum information; Dissertation, Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät I , publiziert am 13.01.2011, urn:nbn:de:kobv:11-100180124
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Abstract (ger):
Die Nutzung von Quanteneigenschaften für die Informationsverarbeitung, die sogenannte Quanteninformationsverarbeitung (QIP), ist ein seit zwei Jahrzehnten zunehmend populäres Forschungsfeld. Es hat sich gezeigt, dass Einzelphotonen die am besten geeigneten Träger für den Transport von Quanteninformation über weite Strecken sind. Obwohl viele Methoden zur Erzeugung von Einzelphotonen existieren, wurde bisher nur wenig Forschungsarbeit an schmalbandigen Einzelphotonen, d.h. mit spektralen Breiten im MHz-Bereich geleistet. Allerdings sind solche Einzelphotonen besonders wichtig, wenn Kopplungen zwischen Einzelphotonen und atomaren Systemen, die oft als Verarbeitungseinheiten in der QIP genutzt werden, realisiert werden sollen. Diese Doktorarbeit befasst sich mit mehreren Forschungsaspekten zu schmalbandigen Einzelphotonen, die von Bedeutung sind, wenn solche Photonen als Informationsträger genutzt werden sollen. Zunächst wird eine Quelle von schmalbandigen Einzelphotonen vorgestellt, die auf dem Konzept der parametrischen Fluoreszenz innerhalb eines optischen Resonators basiert und die einen konstanten Strom von Photonenpaaren emittiert. Eine statistische Beschreibung dieser Photonenpaare wird vorgestellt und erstmals direkt gemessen. Um Emission in nur eine einzelne Mode zu erreichen, wurde der Photonenstrom mit Hilfe eines speziell entwickelten Mehrpass-Fabry-Perot-Etalons mit geringem Durchlassbereich und sehr hohem Kontrast gefiltert. Photon-Atom-Wechselwirkungen werden im zweiten Teil der Arbeit gezeigt. Der Effekt der elektromagnetisch induzierten Transparenz (EIT) wird vorgestellt und experimentell demonstriert. Die ersten EIT Experimente in Cäsiumgaszellen bei Raumtemperatur mit Probepulsen, die nur ein einzelnes Photon enthalten, werden demonstriert. Schließlich zeigt ein umfassender Ausblick wie die entwickelten experimentellen Bausteine erweitert werden können, um Einzelphotonenspeicherung zu erlauben und die Technologie für Quantenrepeater zu demonstrieren.
Abstract (eng):
The use of quantum mechanical properties for information processing, so-called quantum information processing (QIP) has become an increasingly popular research field in the last two decades. It turned out that single photons are the most reliable long distance carriers of quantum information, e.g., tools to connect different processing nodes in QIP. While several methods exist to produce single photons, only little research has been performed so far on narrow-band single photons with spectral bandwidths in the MHz regime. Such photons are, however, of particular importance when coupling of single photons to atomic systems, which are often used in QIP as processing nodes, shall be realized. This thesis covers several research aspects on narrow-band single photons, all of which are important if such photons should be used as quantum information carriers. At first, a source for narrow-band single photons is introduced. This source is based on the concept of parametric down-conversion inside an optical resonator. It emits a constant stream of photon pairs. One of the two photons from the pair can be detected heralding the presence of the other photon. A statistical description of these photon pairs is introduced and for the first time also directly measured. In order to reach single-mode single-photon emission, the stream of photons was filtered with a specifically developed multi-pass Fabry-Perot etalon. This filter has a passband FWHM of only 165 MHz and particularly high contrast.
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Generiert am 23.09.2014, 16:31:19