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Bibliographic Metadata

  • Title
    Generation of few-photon states with excitons and biexcitons in semiconductor quantum dots : / David Bauch ; Examination Committee: Prof. Dr. Stefan Schumacher, Prof. Dr. Jens Förstner, Prof. Dr. Klaus D. Jöns, Dr. Hendrik Rose
  • Author
    Bauch, David
  • Degree supervisor
    Schumacher, Stefan ; Jöns, Klaus ; Förstner, Jens ; Rose, Hendrik
  • Published
    Paderborn, 2024
  • Description
    1 Online-Ressource (XI, 182 Seiten) Illustrationen, Diagramme
  • Institutional Note
    Universität Paderborn, Dissertation, 2024
  • Annotation
    Tag der Verteidigung: 17.12.2024
  • Defended on
    2024-12-17
  • Language
    English
  • Document Types
    Dissertation (PhD)
  • Keywords (GND)
    Paderborn
  • URN
    urn:nbn:de:hbz:466:2-53733 
  • DOI
    10.17619/UNIPB/1-2162 
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Zusammenfassung
  • In der Quanteninformationstheorie ist eine präzise Kontrolle über Quantenzustände essenziell für Quantencomputing, Quantenkryptographie und fortschrittliche Quantenkommunikationstechnologien. Wenig-Photonen-Emitter ermöglichen die Erzeugung solcher Zustände mit hoher Güte, was für skalierbare Quanteninformationssysteme unerlässlich ist.Diese Arbeit untersucht die Erzeugung von Wenig-Photonen-Zuständen mithilfe von Halbleiterquantenpunkten und optischen Resonatoren. Quantenpunkte sind nanoskalige Strukturen mit diskreten Energieniveaus, die präzise Photonenerzeugung und Kontrolle erlauben, was sie ideal für Quantentechnologien macht. Zunächst wird das Anregungsproblem durch ultraschnelle elektrische Steuerung via Quantum-Confined-Stark-Effekt umgangen, um die Qualität der emittierten Photonen zu maximieren. Anschließend ermöglicht ein breiter zirkularer Bragg-Resonator die Erzeugung ununterscheidbarer und verschränkter Photonen. Schließlich wird die Emission eindimensionaler Clusterzustände aus gestapelten Quantenpunkten mittels Spin-Hole-Trionen untersucht, die numerisch mit hoher Güte und Robustheit realisierbar sind.Die numerische Analyse basiert auf der von Neumann Gleichung, der Polaron-Master Gleichung und der Pfadintegralmethode, wobei Verluste und Dephasierung berücksichtigt werden. Die Ergebnisse bieten wertvolle Einblicke in die Optimierung von Quantenpunkt-Emittern und die Erzeugung hochqualitativer Wenig-Photonen-Quantenzustände für zukünftige Quantentechnologien.
Abstract
  • In quantum information theory, precise control over quantum states is essential for applications in quantum computing, cryptography, and communication technologies. Few-photon emitters are critical for generating, manipulating, and detecting photonic quantum states fundamental to scalable quantum systems. This study explores the generation of few-photon states using semiconductor quantum dots integrated with optical cavities. Quantum dots, with discrete energy levels from three-dimensional confinement, enable precise photon emission, making them ideal for quantum technologies.First, ultrafast electric control via the quantum confined Stark effect is investigated to decouple excitation from emission, restoring optimal photon emission. Second, a broad circular Bragg cavity is introduced to produce indistinguishable and entangled biexciton photons while maintaining practicality. Third, high-fidelity one-dimensional cluster states are explored using stacked quantum dots and spin-hole trions, essential for quantum computing protocols. Numerical simulations by solving the von Neumann and Polaron Master Equation are supported using advanced Path Integral methods, validating the system dynamics under realistic conditions, including radiative losses and electron-phonon coupling. The findings optimize quantum dot emitter devices, producing high-fidelity quantum states and advancing quantum information technologies.
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