title: Generation of multi-photon states by climbing the Fock ladder
title: quantum feedback and Fock-State generation
titleType: Subtitle
Creators: name: Engelkemeier, Melanie
Publisher: name: Universität Paderborn
Year: 2021

description: Die Erzeugung komplexer Quantenzustände wird in der aktuellen Forschung immer wichtiger, z.B. für das Gebiet der Quanteninformation. Fockzustände sind die Bausteine zur Erzeugung von komplexeren Quantenzuständen, wie Holland-Burnett Zustände. Fockzustände werden üblicherweise durch einen parametrischen Abwärtskonvertierungsprozess (PDC) erzeugt, welcher eine Begrenzung in seinen Erzeugungswahrscheinlichkeiten hat. In dieser Arbeit zeigen wir die experimentelle Realisierung einer Quantenrückkopplung in eine spezielle dispersionsentwickelte PDC-Quelle, um diese Einschränkungen zu mildern. Quantenrückkopplung bedeutet, dass wir den PDC Prozess mit einem zuvor im Prozess erzeugtem Photon stimulieren. Dies führt zu einem leiterartigen Klettern der Photonenzahl in der Rückkopplungsmode, was zum gewünschten Fock-Zustand führt. Wir zeigen die Neuheit dieses Schemas, indem wir es mit dem gängigen Ansatz vergleichen und diskutieren die Verbesserungen durch diese experimentelle Konfiguration. Im Experiment konnten wir z.B. bis zu einer 17-fach höheren Erzeugungswahrscheinlichkeit für einen Vier-Photonen-Fockzustand im Vergleich zum üblichen Ansatz mit einer einzelnen PDC-Quelle zeigen. Wir erwarten, dass dieser Effekt durch die Quantenrückkopplung umso stärker ist, je höher die gewünschte Photonenzahl ist. Zusätzlich konnten wir eine durch die rückkopplungsinduzierte Quantenkorrelation zwischen Photonen mit einem Abstand vom dreifachen der Wiederholungsrate des Pumpmediums zeigen.
description: The generation of complex quantum states becomes more important in current research, e.g. for the field of quantum information. Fock states are the building blocks for the generation of more complex quantum states such as Holland-Burnett states. One common process for generating Fock states can be found in a parametric down-conversion (PDC) process, which is limited in generation probabilities imposed by the process itself. In this thesis, the experimental realization of a quantum feedback into a special dispersion engineered PDC source for the generation of Fock states is introduced for mitigating these limitations. Quantum feedback means that we seed the PDC process with a photon previously generated within the process itself. This leads to a ladder-like climbing of the photon number in the feedback mode, leading to the desired Fock state. We introduce this novel scheme by comparing it to the common approach and discuss the improvements achieved by this experimental configuration. In experiment, we could show, for example, up to a 17-fold higher generation probability for a four-photon Fock state compared to the common approach of using a single PDC source without feedback. The effect of quantum feedback is expected to be even stronger the higher the desired photon-number. In addition, we analyze the feedback-mediated long-range quantum correlations up to a distance of the generated photons of three times the repetition rate of our pump.