Vollständige Charakterisierung von Quanteneffekten von Licht nach der Transmission durch die Atmosphäre

• Antragsteller: Professor Dr. Werner Vogel
• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 263972363

Das Hauptanliegen dieses Verlängerungsantrags ist die ''Vollständige Charakterisierung der Quanteneffekte des Lichtes nach Transmission durch die Atmosphäre'' und basiert auf unserem ersten Projektantrag. Wir werden effiziente Methoden zur Charakterisierung von Quantenzuständen des Lichts nach dem Druchlaufen der turbulenten Atmosphäre weiterentwickeln. Der Forschungsplan für die 18 monatige Verlängerungsphase unterteilt sich in die zwei Hauptpunkte der Auswirkung atmosphärischer Turbulenzeffekte auf multipartite Nichtklassizität und multipartite Verschränkung.Zunächst wollen wir unsere Chrakterisierungsverfahren für nichtklassische Eigenschaften des Licht nach dem Durchgang durch ein turbulentes Medium weiterentwickeln. In diesem Zusammenhang werden wir die Methode der viel-Moden nichtklassichen Momente für turbulente atmosphärische Verluste entwickeln. Weiter planen wir die Untersuchung von multipartiten Nichtklassizitäts-Quasiwahrscheinlichkeiten des Licht, welche die vollen Information über den Quantenzustand enthalten. Diese Methoden bedürfen einer Neuformulierung bekannter Messstrategien, um eine optimale Anwendung unter atmosphärischen Bedingungen zu gewährleisten. Weiterhin werden wir unsere Untersuchungen der Verschränkungseigenschaften von Strahlungsfeldern in atmosphärischen Kanälen verallgemeinern. Unsere bisherigen Resultate sollen dabei für multipartite Szenarien weiterentwickelt werden. Dazu werden wir unsere Konstruktionsverfahren für multipartite Witness-Operatoren anwenden, um multipartite Verschränkung der Quantenzustände unter dem Einfluss fluktuierender Verluste zu identifizieren.Die Ergebnisse dieser zweiten Förderperiode werden unsere theoretischen Untersuchungen der Quanteneffekte in der turbulenten Atmosphäre vervollständigen und ein tieferes Verständnis des Einflusses von fluktuierenden Verlusten auf Quantenzustände in der Atmosphäre liefern. Im speziellen planen wir die Quanteneffekte zu identifizieren, welche am robustesten gegenüber atmosphärischen Störungen sind. Unsere Untersuchungen auf dem Gebiet der atmosphärischen Quantenoptik werden Grundlagen für die Entwicklung neuartiger Methoden der Quantenkommunikation im freien Raum legen. Das schließt die Aspekte der geeigneten Daten-Kodierung beim Sender, über die sichere Daten-Übertragung mittels robuster Quanteneffekte, bis hin zu optimalen Messstrategien beim Empfänger ein. Wir wollen solche atmosphärischen Bedingungen aufdecken, unter denen die Turbulenz sogar als Ressource für die Quantenkommunikation dienen kann.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Dr. Dmytro Vasylyev