3.6.1 Experiment mit Zwillingsphotonen

Dopner 1998 Dissertation Insbruck

Experimentelle Realisierung:

Erzeuge Zwillingsphoton: $351$ nm $\Rightarrow 2\cdot 702$ nm durch Typ 1 parametrische Fluoreszenz "Typ I parametric down conversion"

Photonen werden über breites Impulsspektrum emittiert

Emittierte Photonen besitzen exakt korrelierte Impulse

Dass heißt: misst man Impuls von Photon Eins $\Rightarrow$ Impuls von Photon Zwei

Das gleiche gilt für die Ortsmessung.

Konstellation 1:

Pfad a: Abbildungslinse

Detektor D1 ist in Bildeben bei 2f $\Rightarrow$ D1 kann Welche-Weg-Information messen

Dabei ist es egal, ob man dies mittels Messspalt tatsächlich auflöst

Interferenz in Koinzidenz von D1 und D2 verschwinden

Wenn man Messspalt vor D2 durchfährt bekommt man Spaltabbild:

Konstellation 2:

Durchstimmspalt kommt vor D1 $\Rightarrow$ Gleiches Bild wie im Fall 1 da Photonen korreliert sind.

Konstellation 3:

Messpalt vor D2

D1 bei f

Winkel $\widehat{=}$ Impuls des Photons wird gemessen, Ort unbekannt

$\Rightarrow$ Interferenz

Konstellation 4:

Messpalt vor D1, sonst wie Konstellation 3

In D2 weiter Interferenz, bloß nicht mit Messspalt aufgelöst

Da Photonen korreliert, kann man in Koinzidenz Interferenz sehen

Technologische Anwendung von einzelnen Photonen: Quantenkryptographie

Protokoll: Bennett-Brassard 1984

Benutzt Tatsache, dass Photonen unbekannter Polaristion nicht kopiert werden können (siehe Kapitel 8)

-Alice möchte geheime Schlüssel an Bob schicken

-mittels Pockels-Zelle, kann Alice Photon in 4 Polarisationen Aussenden:

$\oplus\text{: 0°, 90°} \\ \otimes\text{: 45°, 135°}$

-Bob wählt zufällig Bassis $\oplus$ oder $\otimes$

Beispiel:

Haben A und B die gleiche Basis $\Rightarrow$ Schlüssel

sonst 50% Warscheinlichkeit $\Rightarrow$ falsches Bit

Alle Photonen mit unterschiedlichen Basis werden verworfen

Teil der guten Bits verwenden um zu testen ob man prinzipiell Abgehört wurde

Beispiel:

2008 Wiener Quantennetzwerk Distanz von $\leq$ 85km

Verlust 6 dB / 25 km Schlüsselrate 1kb/s

ab 2009 250 km, 15 kb/s (250)

100 km $\Rightarrow$ 6 kb/s

Trick:

Wellenlänge auf Absorptionsminimum von Faser, supraleitende Einzelphotonendetektoren

3.7 Positronen-Emissionstomographie

Radioaktive Tracer $\Rightarrow$ sendet Positronen aus

Anihilation mit $e^-$ $\Rightarrow$ Koinzidenzmessung liefert Schnittpunkt der korrellierten Photonen $\Rightarrow$ Position im Körper durch Schnitt mit mehreren Prozessen

Vorteil durch Koinzidenz=> Signal ohne Untergrund