title: Strategies for generating, distributing and certifying entanglement in photonic systems
Creators: name: Achatz, Lukas
Publisher: name: :none
Year: 2022

description: Die Quantenverschränkung steht im Mittelpunkt vieler Anwendungen auf dem Gebiet der Quanteninformationsverarbeitung. In vielen Fällen besteht ein wesentlicher Teil darin, die vorhandene Verschränkung adäquat zu erzeugen, zu verteilen und zu verifizieren. Um dieses Ziel zu erreichen wurden bereits eine VIelzahl verschiedener Technicken entwickelt. Beim Übergang von einer geschützten Laborumgebung zu realen Szenarien wird die extrahierbare Information von Dekohärenz sowie dem unvermeidlichen Verlust von Photonen grundlegend limitiert. Ziel ist es daher, ein Maximum an Information pro versendetem Photon zu kodieren. In diesem Sinne ist die Hyperverschränkung, also die Verschränkung von Photonen in mehreren Freiheitsgraden gleichzeitig, ein wichtiger Bestandteil. Bei der Arbeit mit hyperverschränkten Zuständen ist es von entscheidender Bedeutung, die unterschiedlichen verstellbaren Parameter der Verschränkungsquelle zu verstehen und zu wissen, welche Technik für deren Nachweis und Quantifizierung anzuwenden ist. In dieser kumulativen Dissertation stelle ich drei Publikationen vor, welche durch den Prozess der Erzeugung, Verteilung und schließlich Zertifizierung von Verschränkung in verschiedenen Freiheitsgraden führen. In der ersten Publikation wird der Prozess zur Erzeugung der Verschränkung eingehend untersucht und mit theoretischen Vorhersagen verglichen. Die zweite Publikation befasst sich mit der Verteilung eines hyperverschränkten Zustands in Polarisation, Energie-Zeit und Pfad sowie seiner anschließenden Verifizierung. In der dritten Publikation wird eine weitere Methode zum Nachweis der Verschränkung in Position-Impuls angewandt, welche zum Verständnis der gesamt erzeugten Wellenfunktion beiträgt. Zusammengefasst beschäftigt sich diese Arbeit mit der Erzeugung, Verteilung und Zertifizierung von photonischer Verschränkung in verschiedenen Freiheitsgraden.
description: Quantum entanglement is at the heart of many applications in the field of quantum information processing. In many cases a vital part is to faithfully generate, distribute and verify the existing entanglement. Since its first theoretical description, a multitude of different techniques have been developed for achieving these goals. When transitioning from a protected laboratory environment to real-world scenarios, decoherence and inevitable loss of photons fundamentally limits the extractable information. It is thus desirable to encode as much information per photon as possible. In this sense, an important feature of entanglement-based photonic systems is the fact that photons can be simultaneously entangled in multiple degrees of freedom, referred to as hyper-entanglement. When working with hyper-entangled states, a crucial part is understanding the various tunable parameters of the entanglement source as well as which technique to apply for its certification and quantification. In this cumulative thesis I will present three publications guiding through the process of generating, distributing and eventually certifying entanglement in various degrees of freedom. In the first publication the process for generating entanglement is extensively studied and compared to theoretical predictions. The second publication is concerned with the distribution of a hyper-entangled state in polarization, energy-time and path as well as its subsequent verification. In the third publication another method for certifying position-momentum entanglement is applied which helps in understanding the entire wave function created by our entanglement source. In summary, this thesis is concerned with the creation, distribution and certification of photonic entanglement in various degrees of freedom.