Ion-photon entanglement over a 17 km-long optical fibre deployed across Innsbruck
Tatjana Runggaldier
Quantennetzwerke bieten neue Möglichkeiten für sichere Kommunikation, verteiltes Quantencomputing und Präzisionssensoren. Eine Herausforderung beim Aufbau solcher Netzwerke besteht in der Verteilung von Photonen, die mit anderen Quantensystemen verschränkt sind, über große Entfernungen mittels optischer Glasfasern, die beispielsweise Städte und Länder durchqueren. Diese Arbeit befasst sich mit der Verschränkung zwischen dem elektronischen Zustand eines einzelnen gefangenen 40Ca+ Ions und der Polarisation eines Photons, das durch eine 17 km lange optische Glasfaser durch die Stadt Innsbruck und darüber hinaus übertragen wird. Die Glasfaser wird umfassend charakterisiert, wobei besonderes Augenmerk auf Veränderungen in der Polarisation des durch sie gesendeten Lichts gelegt wird. Ein zentraler Bestandteil dieser Arbeit ist die Kompensation der Polarisationsänderung des durch die Glasfaser gesendeten Lichts. Polarisierte Photonen, die von einem 40Ca+ Ion emittiert werden, werden durch die Glasfaser gesendet und ihre Polarisation wird analysiert. Schließlich werden Photonen, die mit einem 40Ca+ Ion verschränkt sind, durch die Glasfaser gesendet und der Ion-Photon-Zustand wird gemessen. Die höchste erreichte Wahrscheinlichkeit für die Erzeugung, Übertragung und Detektion von Photonen beträgt 0,00104(4). Die Güte des Ion-Photon-Verschränkungszustands in Bezug auf einen idealen Bell-Zustand erreicht bis zu 0,89(3), was beweist, dass der Ion-Photon-Zustand stark verschränkt ist. Diese Ergebnisse stellen einen wichtigen Schritt in Richtung der praktischen Umsetzung von Quantennetzwerken unter Verwendung gefangener Ionen und bestehender Glasfaserinfrastruktur dar.
•Jan 1, 2025•0 citations