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Abstract

In der Quantenmechanik wird der beobachtete Quantenzustand immer von einer Messung beeinflusst. Dies erschwert die Erforschung reiner Quantenzustände, kann jedoch auch zur Erzeugung neuer Quantenzustände genutzt werden. In dieser Arbeit wird die Photonensubtraktion, umgesetzt durch eine Einzelphotonenmessung (ein teilchenartiges Phänomen), mit der Interferenz zweier Quantenzustände (ein wellenartiges Phänomen) kombiniert. Die daraus hervorgehenden komplexen Photonenzahlkorrelationen des Zwei-Moden-Ausgangszustands werden theoretisch und experimentell erforscht. Hierbei werden ein kohärenter Zustand eines gepulsten Lasers und einzelne Photonen einer Parametrischen Fluoreszenz-Quelle als Eingangszustände verwendet. Außerdem wird die Entwicklung im Bereich der Technologie und Bauelemente zur Ermöglichung dieser Experimente auf einer Integrationsplattform, hier Titan-eindiffundierte Wellenleiter in Lithiumniobat, untersucht. Dies beinhaltet die Integration supraleitender Einzelphotonendetektoren auf Wellenleitern, die Realisierung passiver, integrierter optischer Schaltkreise und Mehrkanal-Schnittstellen.

Abstract

In quantum mechanics, a measurement influences the quantum state you are observing. While this complicates the investigation of raw quantum states, it might also be used to create interesting new quantum states. In this work, photon subtraction implemented with a single-photon measurement (a particle- like phenomenon) is combined with the interference of two quantum states (a wave-like phenomenon). Resulting complex photon-number correlations of a two-mode output state are investigated theoretically and experimentally using coherent states from a pulsed laser and single photons from a spontaneous parametric down-conversion source as the inputs. Furthermore, developments in technology and devices enabling these experiments on an integrated platform, namely titanium in-diffused lithium niobate, are explored. This includes the work on integrating superconducting single-photon detectors on waveguides, the realization of passive integrated optical routing structures, and multi-channel interfacing.