Kodierung von Information in polarisationsverschränkten Quantenzuständen erzeugt aus ultrakurzen Laserpulsen

Diplomarbeit an der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät der Universität Potsdam

Vollständige Arbeit (10 MB, pdf)

  • Einleitung
  • 1 Grundlagen zur sicheren Kommunikation mit Quantensystemen
    • 1.1 Das Qubit
      • 1.1.1 Information in zusammengesetzten Systemen
      • 1.1.2 Verschränkte Zustände
      • 1.1.3 CHSH-Ungleichung
      • 1.1.4 Wirkung der Strahlteilertransformation
      • 1.1.5 Das No-Cloning-Theorem
    • 1.2 Sichere Schlüsselübertragung auf der Basis von Qubits
      • 1.2.1 Vernams One-Time-Pad
      • 1.2.2 Quantenkryptographieprotokolle im Überblick
    • 1.3 Sichere deterministische Schlüsselübertragung mit dem Ping-Pong-Protokoll
      • 1.3.1 Protokollablauf
      • 1.3.2 Sicherheit des Ping-Pong-Protokolls
    • 1.4 Experimentelle Umsetzungen von Quantenkryptographieprotokollen
      • 1.4.1 Photonen als Qubits
      • 1.4.2 Quantenkryptographie mit Photonen
  • 2 Experimentelle Umsetzung des Ping-Pong-Protokolls
    • 2.1 Konzept einer Implementierung des Ping-Pong-Protokolls
      • 2.1.1 Quelle polarisationsverschränkter Photonen
      • 2.1.2 Das Lasersystem zum Pumpen der Fluoreszenz
      • 2.1.3 Elektrooptisch induzierte Phasenverzögerung zur deterministischen Kodierung
      • 2.1.4 Photonendetektion und Korrelationsanalyse
    • 2.2 Analyse der Polarisationskorrelationen und Polarisationsverschränkung
      • 2.2.1 Aufbau und Justage
      • 2.2.2 Polarisationsabhängige Koinzidenzmessung
      • 2.2.3 Nachweis der Polarisationsverschränkung
    • 2.3 Quanteninterferenz am Strahlteiler
      • 2.3.1 Der experimentelle Aufbau
      • 2.3.2 Messungen zur Quanteninterferenz am Strahlteiler
    • 2.4 Test des Ping-Pong-Protokolls
      • 2.4.1 Der experimentelle Aufbau
      • 2.4.2 Korrelationsmessungen
      • 2.4.3 Analyse der detektierten Zustände
      • 2.4.4 Schlüsselübertragung und sichere Kommunikation
      • 2.4.5 Sicherheitsdiskussion der bisherigen Implementierung
  • 3 Zusammenfassung
  • A Anhang
    • A.1 Zum Problem schwankender Laserleistung
    • A.2 Material- und Geräteparameter
      • A.2.1 Sellmeiergleichungen
      • A.2.2 Geräteparameter
    • A.3 Nomenklatur
  • Literaturverzeichnis