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Quantum Information with Entangled Photons and Cold Atomic Ensembles

Bao, Xiao-Hui

German Title: Quanteninformation mit verschränkten Photonen und kalten atomaren Ensembles

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Abstract

In quantum information science, photons are the best candidate for transmitting information, and atoms are the best candidate for storing information. The combination of these two systems provides a fascinating future for practical applications of the quantum information concepts. The work presented in this thesis mainly consists of two parts. The first part is about manipulation of entangled photons, including the demonstration of a nondestructive CNOT gate, the creation of narrowband entangled photons through cavity-enhanced spontaneous parametric down-conversion, and the realization of interference between narrowband photon sources. The second part is about manipulation of atomic ensembles. The main purpose for this part is to extend the quantum communication distance using the concept of quantum repeater. Within this part, the experimental work includes, the extension of storage lifetime of quantum memories to 1 ms by increasing the wavelength of stored spinwave, the realization of entanglement assisted spinwave interferometer, the demonstration of efficient entanglement swapping with quantum memories, and the realization of quantum teleportation between atomic ensembles.

Translation of abstract (German)

In der Quanteninformationsverarbeitung gelten Photonen als die besten Kandidaten für die Übertragung und Atome als die besten Kandidaten für die Speicherung von Information. Die Kombination dieser beiden Systeme verspricht eine faszinierende Zukunft für die praktische Anwendung von Konzepten der Quanteninformation. Die Arbeiten, die im Rahmen dieser Dissertation vorgestellt werden, lassen sich größ tenteils in zwei Teilbereiche einordnen. Der ersten Teil beschreibt die Manipulation von verschränkten Photonen und beinhaltet die Demonstration eines zerstörungsfreien CNOT-Gatters, die Erzeugung von schmalbandigen verschränkten Photonen mithilfe einer durch einen Hohlraumresonator verstärkten parametrischen Fluoreszenzquelle und die Realisierung von Interferenz zwischen schmalbandigen Photonenquellen. Der zweite Teil behandelt die Manipulation von atomaren Ensembles. Der Hauptzweck dieses Teils ist die Vergröß erung der Übertragungsentfernung für die Quantenkommunikation durch das Konzept des Quantenrepeaters. Die in diesem Teil vorgestellten experimentellen Arbeiten beinhalten die Verlängerung der Speicherzeit von Quantenspeichern auf 1ms durch Vergröß erung der Wellenlänge der gespeicherten Spinwelle, die Realisierung des verschränkungsgestützten Spinwelleninterferometers, der Demonstration von effizientem Verschränkungsaustausch mithilfe von Quantenspeichern und die Realisierung der Quantenteleportation zwischen atomaren Ensembles.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Pan, Prof. Dr. Jian-Wei
Date of thesis defense: 22 July 2010
Date Deposited: 26 Jul 2010 14:43
Date: 2010
Faculties / Institutes: The Faculty of Physics and Astronomy > Institute of Physics
Subjects: 530 Physics
Uncontrolled Keywords: quantum information , quantum memory , cavity SPDC , DLCZ , atomic ensemble
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