Verschränkungstheorie

Als einen unserer Forschungsschwerpunkte beschäftigen wir uns mit dem Konzept der Verschränkung, einer Form von Korrelation zwischen Quantensystemen, welche in gewisser Weise stärker ist als jedwede Art der Korrelation zwischen Systemen die rein durch klassische Physik beschreibbar sind. Verschränkung stellt eine Ressource für eine Reihe von Quanten-Kommunikationsprotokollen wie etwas Quantenteleportation oder sogenanntes Dense Coding dar, und ist von zentraler Bedeutung für viele Anwendungen in modernen Quantentechnologien, etwa verschränkungs-basierte Quantenkryptographie auf Grundlage des Ekert-91 Protokolls. Gleichzeitig ist Verschränkung eine notwendige Voraussetzung für die Verletzung von Bell-Ungleichungen, ein Phänomen das oft als “Nichtlokalität” bezeichnet wird, und welches sowohl von fundamentalem theoretischen Interesse ist, als auch große Signifikanz für sogenannte apparatuurnabhängige (`device independent’) Zertifizierungsmethoden hat.

Ein besonderer Fokus der Forschung der Gruppe in diesem Feld liegt auf der Untersuchung sowohl theoretischer als auch praktischer Aspekte der Charakterisierung, Detektion, sowie Quantifizierung von Verschränkung in hochdimensionalen und multipartiten Szenarios (siehe zum Beispiel [1]). Arbeiten der Gruppe aus jüngster Vergangenheit beschäftigen sich unter anderem mit Aspekten wie etwa ungenauen oder wenig vertrauenswürdigen Messapparaturen [2], Szenarien basierend auf der Verteilung und gleichzeitigen Verarbeitung multipler Kopien der relevanten Quantenzustände [3], sowie die Unterstützung der Etablierung von Verschränkung in Quantennetzwerken durch Verfahren zur genauen Abschätzung relevanter Parameter [4].

Zusätzlich setzt sich die Gruppe begeistert mit Fragen der praktischen Anwendung theoretischer Methoden zur Verschränkungszertifizierung in einer Reihe von experimentellen Plattformen auseinander, reichend von ultrakalten atomaren Gasen [5], über in ihren räumlichen (Bahndrehimpuls) [6,7] und Energie-Zeit-Freiheitsgraden [8] verschränkte Photonenpaare, bis hin zu Ionenfallenquantensimulatoren [9].

Literatur

  1. Nicolai Friis, Giuseppe Vitagliano, Mehul Malik, and Marcus Huber, Entanglement certification from theory to experiment, Nat. Rev. Phys. 1, 72 (2019) [arXiv:1906.10929].
  2. Simon Morelli, Hayata Yamasaki, Marcus Huber, and Armin Tavakoli, Entanglement detection with imprecise measurements, arXiv:2202.13131 [quant-ph] (2022).
  3. Hayata Yamasaki, Simon Morelli, Markus Miethlinger, Jessica Bavaresco, Nicolai Friis, and Marcus Huber, Activation of genuine multipartite entanglement: beyond the single-copy paradigm of entanglement characterisation, Quantum 6, 695 (2022), [arXiv:2106.01372]
  4. Simon Morelli, David Sauerwein, Michalis Skotiniotis, and Nicolai Friis, Metrology-assisted entanglement distribution in noisy quantum networks, Quantum 6, 722 (2022) [arXiv:2110.15627].
  5. Matteo Fadel, Ayaka Usui, Marcus Huber, Nicolai Friis, and Giuseppe Vitagliano, Entanglement quantification in atomic ensembles, Phys. Rev. Lett. 127, 010401 (2021), [arXiv:2103.15730].
  6. Jessica Bavaresco, Natalia Herrera Valencia, Claude Klöckl, Matej Pivoluska, Paul Erker, Nicolai Friis, Mehul Malik, and Marcus Huber, Measurements in two bases are sufficient for certifying high-dimensional entanglement, Nat. Phys. 14, 1032 (2018) [arXiv:1709.07344].
  7. Natalia Herrera Valencia, Vatshal Srivastav, Matej Pivoluska, Marcus Huber, Nicolai Friis, Will McCutcheon, and Mehul Malik, High-Dimensional Pixel Entanglement: Efficient Generation and Certification, Quantum 4, 376 (2020) [arXiv:2004.04994].
  8. Sebastian Ecker, Frédéric Bouchard, Lukas Bulla, Florian Brandt, Oskar Kohout, Fabian Steinlechner, Robert Fickler, Mehul Malik, Yelena Guryanova, Rupert Ursin, and Marcus Huber, Overcoming Noise in Entanglement Distribution, Phys. Rev. X 9, 041042 (2019) [arXiv:1904.01552].
  9. Nicolai Friis, Oliver Marty, Christine Maier, Cornelius Hempel, Milan Holzäpfel, Petar Jurcevic, Martin B. Plenio, Marcus Huber, Christian Roos, Rainer Blatt, and Ben Lanyon, Observation of Entangled States of a Fully Controlled 20-Qubit System, Phys. Rev. X 8, 021012 (2018) [arXiv:1711.11092].