A fundamental test and an application of quantum entanglement
Description
This work describes two experiments that are based on correlation measurements between entangled photons, spatially separated by 144 km between the Canary Islands, La Palma and Tenerife. The first of which contributes to the debate of whether or not quantum mechanical predictions can be described within a local realistic frame, a question that plays a fundamental role in the foundation of quantum mechanics ever since the famous Einstein-Podolsky-Rosen (EPR) 'paradox'. The experiment presented is a test of the CHSH form of Bell's inequality, simultaneously closing two out of three possible 'loopholes' for local realism that can arise in an experimental Bell test. These two loopholes are the locality loophole and the freedom-of-choice loophole. The latter has not been addressed experimentally so far and was closed for the first time in our experiment by space-like separating the setting choice from the photon pair emission. Within the second experiment described entanglement based quantum key distribution (QKD) was demonstrated, probably one of the most mature applications in the field of quantum information and quantum communication. It has recently been emphasized that entanglement based quantum key distribution systems can tolerate higher channel losses compared to systems based on weak coherent laser pulses. This is in particular the case when the entangled photon source is located symmetrically between the two receiver stations, called Alice and Bob. We experimentally studied this important advantage by implementing different entanglement based QKD setups on the 144 km free-space, operated at two-photon attenuations of 35 dB, 58 dB and 71 dB, respectively. (author)
Availability note (English)
Available from Vienna University, Library and archive services, Dr.-Karl-Lueger-Ring 1, 1010 Vienna (AT), Available from http://othes.univie.ac.at/4739/Abstract (German)
Das erste Experiment traegt zur Diskussion darueber bei, ob quantenmechanische Vorhersagen innerhalb eines lokal-realistischen Rahmens beschrieben werden koennen. Diese Frage spielt seit der Veroeffentlichung des beruehmten Einstein-Podolsky-Rosen 'Paradoxons' eine fundamentale Rolle in der Begruendung der Quantenmechanik. Das beschriebene Experiment ist ein Test der CHSH Form der Bell'schen ungleichung und schliesst gleichzeitig zwei der drei 'Schlupfloecher' fuer lokalen Realismus, die in einem experimentellen Test der Bell'schen ungleichung auftreten koennen. Es sind dies das Locality und das Freedom-of-choice Schlupfloch. Letzteres wurde bis heute experimentell nicht adressiert und zu allererst in unserem Experiment durch raumzeitliche Trennung der Wahl der Analysatorstellung und der Photonemission geschlossen. Im zweiten Experiment wird die verschraenkungsbasierte 'Verteilung' quantenkryptographischer Schluessel (quantum key distribution, QKD) demonstriert. Diese technische Anwendung quantenmechanischer Eigenschaften ist wohl eine der ausgereiftesten im Bereich der Quanteninformation und Quantenkommunikation. Es wurde kuerzlich gezeigt, dass QKD mit verschraenkten Photonen hoehere Abschwaechungen tolerieren kann als Systeme die auf schwachen Laserpulsen basieren. Das ist vor allem der Fall, wenn die Quelle verschraenkter Photonen symmetrisch zwischen den Empfaengerstationen, Alice und Bob, liegt. In unserem Experiment untersuchen wir diesen wichtigen Vorteil eines symmetrischen Systems und implementieren drei unterschiedliche experimentelle Aufbauten. Diese benutzen den 144 km langen optischen Kanal und weisen Photonpaar Abschwaechungen von 35 dB, 58 dB beziehungsweise 71 dB auf. (author)Additional details
Identifiers
Publishing Information
- Imprint Pagination
- 151 p.
INIS
- Country of Publication
- Austria
- Country of Input or Organization
- Austria
- INIS RN
- 43052984
- Subject category
- S71: CLASSICAL AND QUANTUM MECHANICS, GENERAL PHYSICS;
- Resource subtype / Literary indicator
- Thesis, Non-conventional Literature
- Descriptors DEI
- BELL THEOREM; CANARY ISLANDS; LASERS; LOCALITY; PHOTONS; QUANTUM ENTANGLEMENT; QUANTUM INFORMATION; QUANTUM MECHANICS
- Descriptors DEC
- BOSONS; DEVELOPING COUNTRIES; ELEMENTARY PARTICLES; EUROPE; INFORMATION; ISLANDS; MASSLESS PARTICLES; MECHANICS; SPAIN; WESTERN EUROPE