Collective detection of multipartite entanglement

• Applicant: Dr. Hermann Kampermann
• Subject Area: Optics, Quantum Optics and Physics of Atoms, Molecules and Plasmas
• Term: from 2010 to 2015
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 185183262

• Final Report Year: 2016

Final Report Abstract

Verschränkung ist eine der Schlüsseleigenschaften in vielen Quanteninformationsprotokollen; sie spielt auch eine zentrale Rolle in kritischen Vielteilchensystemen. Die experimentelle Detektion von Verschränkung ist insbesondere in makroskopischen Systemen eine große Herausforderung. In diesem Projekt haben wir theoretische Methoden entwickelt, mit denen man die Verschränkungsklasse eines Quantenzustandes verifizieren kann. Auch effiziente experimentell umsetzbare Strategien wurden entwickelt, um mit wenigen Messungen eine quantitative Abschätzung der Verschränkung zu erhalten. Diese Methoden finden Anwendung in Systemen mit überschaubarer Komplexität (Dimension) und Anzahl von Teilsystemen. Für makroskopische Systeme haben wir gezeigt, wie der partielle differentielle Streuquerschnitt verwendet werden kann, um Verschränkung nachzuweisen. Des weiteren wurde eine allgemeine sogenannte Stellvertreter Methode entwickelt, mit der, bei hinreichend bekannten Hamiltonoperator, Verschränkung in großen Systemen anhand einer Energie- und Entropieschranke nachgewiesen werden kann.

Publications

• “An algorithm for characterizing slocc classes of multiparticle entanglement,” Phys. Rev. A 86, 032307 (2012)
  H. Kampermann, C. Wilmott, O. Gühne, and D. Bruß
  
• “Determining lower bounds on a measure of multipartite entanglement from few local observables,” Phys. Rev. A 86, 022319 (2012)
  J.-Y. Wu, H. Kampermann, D. Bruß, C. Klöckl, and M. Huber
  (See online at https://doi.org/10.1103/PhysRevA.86.022319)
• “Quantifying entanglement with scattering experiments,” Phys. Rev. B 89, 125117 (2014)
  O. Marty, M. Epping, H. Kampermann, D. Bruß, M. Plenio, and M. Cramer
  (See online at https://doi.org/10.1103/PhysRevB.89.125117)
• “Detecting entanglement of unknown quantum states with random measurements,” New J. Phys. 17, 113051 (2015)
  J. Szangolies, H. Kampermann, and D. Bruß
  (See online at https://doi.org/10.1088/1367-2630/17/11/113051)
• “Witnessing entanglement by proxy,” New J. Phys. 17, 015002 (2016)
  S. Bäuml, D. Bruß, M. Huber, H. Kampermann, and A. Winter
  (See online at https://doi.org/10.1088/1367-2630/18/1/015002)