Quanten-Informations-Verarbeitung
In diesem Forschungsvorhaben sollen Quanteneigenschaften verschraenkter Photonen mit speziellen, einstellbaren Wellenformen untersucht werden. Die parametrische Fluoreszenz in optisch nichtlinearen Kristallen erlaubt es, Photonenpaare zu erzeugen, bei denen die beiden Photonen eines Paares auf mehrere Arten miteinander verschraenkt sind. Solche Verschraenkungen lassen sich besonders gut nachweisen, wenn man die beiden Photonen des Paares an einem 'optischen Koppler' (Strahlteiler mit zwei Eingangs- und Ausgangskanaelen) wieder miteinander ueberlagert und in den Ausgangen des Strahlteilers getrennt detektiert. Eine Folge der Energieverschraenkung beispielsweise ist die Aufhebung der Dispersion (dispersion cancellation). Auch die Korrelation der Entstehungszeitpunkte der Paarphotonen (sie entstehen im Rahmen ihrer Zeitunschaerfe- gleichzeitig) fuehrt zu einem nicht-klassischen Effekt, der Hong-Ou-Mandel-Interferenz, die in den Korrelationen der beiden Detektor-Zaehlpulse sichtbar wird: Sind die optischen Wege der Photonenpaare bis zum Stahlteiler gleichlang, so geht die Rate der Koinzidenzereignisse gegen Null, die beiden Photonen verlassen den Strahlteiler in diesem Fall also immer gemeinsam durch einen der beiden Ausgangskanaele. Durch ein zusaetzlich in den einen oder in beide Eingangskanaele eingebrachtes interferometrisches Bauelement (dies kann ein doppelbrechender Kristall oder ein Mach-Zehnder-Interferometer sein) kann man das eine Photon des Paares (oder beide) im Hinblick auf die Form seiner Wellengruppe manipulieren, so dass diese Wellengruppe beispielsweise in zwei getrennte Gruppen zerlegt wird, die einander nicht ueberlappen. Dadurch gewinnt das Photon zusaetzliche innere Freiheitsgrade: Es koennen massgeschneiderte' Photonenzustaende erzeugt werden (Quantum Engineering).
In diesem Projekt sollen solche Photonenzustaende erzeugt und mittels ihrer Photonenpaarkorrelationen vermessen werden. Dies soll insbesondere im Hinblick darauf geschehen, den Photonen Informationen aufzupraegen, die sich fuer eine Weiterverarbeitung in einem Quantenrechner oder fuer Quantenkommunikation eignen. Mit der gleichen experimentellen Anordnung wollen wir auch die Quantenausbeute von Einzelphotonen-Detektoren genauer bestimmen.
H. Becker