Verallgemeinerte nichtlineare Verschränkungsbenchmarks

Verschränkungsverifizierung spielt eine zentrale Rolle in der Quanteninformationstheorie. Um die Verschränkung nachzuweisen, werden speziell für diesen Zweck entwickelte Kriterien herangezogen. Je nach konkreter Fragestellung eignen sich solche Kriterien für den Verschränkungsnachweis in manchen Zuständen mehr in anderen weniger. Die auf den sogenannten Verschränkungszeugen (Eng.: Entanglement Witnesses) basierende Methode wird in den meisten aktuellen Experimenten verewndet. Dieses Projekt beschäftigt sich mit der Frage der Definition und Konstruktion von verallgemeinerten nichtlinearen Verschränkungszeugen. Das Hauptaugenmerk dieses Projektes richtet auf die Entwicklung neuer Methoden zur Verschränkungsdetektion aus, die bereits bekannte Methoden, z.B. die konventionellen Verschränkungszeugen, übertreffen und nur anhand einzelner Messungen berechnet werden können. Das bedeutet, dass mit neuen Kriterien in vielen Fällen und ohne volle Tomographie über die Verschränkung eines Zustandes entschieden werden kann. Diese Tatsache macht die in diesem Projekt zu entwickelnden Methoden für eine Anwendung in Experimenten zum Verschränkungnachweis ausgesprochen attraktiv. Weiterhin werden die anfänglich für den bipartiten Fall konstruierten, verallgemeinerten, nichtlinearen Verschränkungszeugen auf den multipartiten Fall erweitert und untersucht. In diesem Zusammenhang wird speziell auf die Detektierbarkeit von echten multipartiten Verschränkung eingegangen.

Das Hauptaugenmerk dieses Projektes liegt auf der Verbesserung der Detektionseffizienz der Quantenverschränkung. Die Quantenverschränkung ist eine der höchst faszinierenden und zeitgleich herausfordernden Eigenschaften von physikalischen Zuständen in der Quantenmechanik. Für gewöhnlich betrachtet man aus zwei Blickwinkeln. Aus der praktischen Perspektive ist die Quantenverschränkung eine essentielle Ressource für vielartige Aufgaben in der Quanteninformation. Aus der Perspektive der Grundlagen der Quantenphysik trägt die Quantenverschränkung als Phänomen Antworten auf viele profunde Fragen bezüglich der Struktur der Quantenmechanik als Theorie.Die erzielten Ergebnisse dieses Projektes betreffen sowohl praktische als auch fundamentale Seite der Quantenverschränkung. Vom praktischen Interesse sind die Ergebnisse zu den nichtlinearen Zeugen, die speziell für die Verschränkungsdetektion in Experimenten entwickelt wurden. Jene nichtlinearen Verschränkungszeugen wurden bereits in zwei Experimenten verwendet. Darüber hinaus resultierte eine Idee von verallgemeinerten nichtlinearen Verschränkungszeugen in einem Vorschlag, einen Detektor zur Verschränkungsdetektion von makroskopischen Objekten zu konstruieren. Aus der fundamentalen Perspektive sind die Ergebnisse über die Struktur der Verschränkung in multipariten Zuständen (hierzu wurden Beispiele von Zuständen konstruiert, die als Gesamtheit verschränkt sein müssen, deren Einzelteile aber keinerlei Verschränkung aufweisen) und die Widerlegung der Peres-Konjektur hervorzuheben. Außerdem tragen die Ergebnisse, die im Rahmen dieses Projektes erzielt wurden, der semi-device independent Verschränkungsdetektion (d.h. der Detektionsaufgabe, bei der das Detektormodell weitgehend unbekannt ist) und der Frage der optischen Implementierungen der Quantenkommunikationsprotokolle bei.